Мейоз

Мейоз

Соматические клетки многоклеточных организмов делятся путём непрямого деления, или митоза, в результате чего образуются две идентичные дочерние клетки, несущие такой же генетический набор, как и у материнской клетки.  При этом и материнская клетка, и вновь образовавшиеся дочерние клетки диплоидны, т.е. каждая хромосома имеет гомологичную хромосому, с которой располагается в паре. Это происходит благодаря удвоению ДНК в ядре клетки перед митозом.

Механизмы митотического процесса лежат в основе мейоза – особого способа деления клетки, при котором количество хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое, т.е. образующиеся дочерние клетки становятся гаплоидными. Это значит, что число хромосом, характерное для материнской клетки уменьшается вдвое. Такой способ деления характерен, например, для половых клеток – гамЕт. Образование гаплоидных клеток, участвующих в половом размножении, позволяет сохранять неизменным количество хромосом, характерное для определённого биологического вида.

Мейоз включает два последовательных, следующих друг за другом практически без перерыва, деления – мейозаI (первое деление) и мейозаII (второе деление).  

Каждое из этих делений, в свою очередь, проходит четыре фазы, аналогичные фазам митоза: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Во время профазы I мейоза в световой микроскоп хорошо видны хромосомы, состоящие из двух хроматид, соединённых центромерой. Гомологичные хромосомы плотно соединяются между собой продольно. Этот процесс получил название конъюгации. В этот момент хромосомы часто перекрещиваются между собой или одна хромосома перекручивается вокруг другой. Затем конъюгированные хромосомы начинают отталкиваться друг от друга и расходиться, при этом происходит разрыв хромосом в местах перекрёстов и обмен гомологичными участками. Это явление называется перекрёст хромосом, или кроссингОвер. В это же время происходит разрушение ядерной оболочки и ядрышка, образуются нити веретена деления.

В метафазе I хромосомы выстраиваются вдоль экватора, образуя метафазную пластинку.

В анафазе I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, расходятся к полюсам клетки. У каждого полюса хромосом оказывается вдвое меньше, чем было в начале деления клетки.

Во время телофазы I образуются две клетки с гаплоидным набором хромосом.

Интерфаза перед вторым делением очень короткая, в ней ДНК не синтезируется.

Мейоз II протекает аналогично митозу с той лишь разницей, что количество хромосом в метафазе II в два раза меньше, чем во время митоза, т.к. репликации ДНК в интерфазе II не произошло. Поэтому в метафазе II хромосомы, состоящие их двух хроматид, делятся и к полюсам клетки расходятся отдельные хроматиды, выполняющие роль дочерних хромосом.

В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки.

Характерным примером мейотического деления клеток является созревание половых клеток человека. Соматические клетки человека диплоидны и содержат 46 хромосом, или 23 пары, половина которых - 23 хромосомы, достались организму от сперматозоида отца, вторая половина - ещё 23 хромосомы – от яйцеклетки матери. Половые клетки несут половину хромосомного набора, характерного для организма, т.е. являются гаплоидными. Образование нового организма происходит в момент оплодотворения, когда мужская и женская гаметы сливаются, образуя первую клетку будущего организма – зиготу.

Если бы в результате мейоза уменьшение числа хромосом не происходило, то при слиянии гамет число хромосом в зиготе увеличивалось бы и не соответствовало кариотипу данного биологического вида.

В процессе мейоза гомологичные хромосомы попадают в разные половые клетки, а при оплодотворении вновь объединяются в пары. Таким образом сохраняется характерный для каждого биологического вида полный диплоидный набор хромосом.

Процессы конъюгации и кроссинговера, происходящие в мейозе, а также независимое распределение гомологичных хромосом по гаметам определяют принципы передачи признаков от родителей потомкам.

Возникающие спонтанно сбои в цикле мейоза могут приводить к нарушениям расхождения хромосом, в результате чего в одну гамету может попасть сразу две гомологичные хромосомы из пары, или наоборот, не попасть ни одной. Если такая патологическая гамета участвует в оплодотворении, то образующемуся эмбриону грозит гибель или тяжёлые нарушения в его развитии. Такое явление получило название анеуплоидИя. Обычно зигота, в которой количество аутосОм  меньше нормального, не развивается, а зиготы с лишними хромосомами иногда развиваются, но приводят к рождению  особи с выраженными аномалиями. Так, нерасхождение в мейозе 21 пары аутосом приводит к рождению ребёнка с синдромом Дауна, а моносомия по Х-хромосоме у женщин приводит к развитию синдрома ШЕрешевского-ТЕрнера, болезнь КлАйнфельтера характеризуется наличием как минимум одной лишней X хромосомы у мальчиков, что приводит к нарушению полового созревания у них.

В 1875 г немецкий зоолог Оскар Гертвиг в своей работе «Материалы к познанию образования, оплодотворения и деления животного яйца» показал, что оплодотворение заключается в слиянии ядер женской и мужской гамет с образованием зиготы. В 1890 г вышла его работа «Сравнение образования яиц и спермиев у нематод», в которой он описывал редукцию числа хромосом в гаметах и аналогичное протекание оогенеза и сперматогенеза.

В 1902-1903 гг. американский исследователь Уолтер Сеттон и немецкий цитолог и эмбриолог Теодор Бовери, сопоставляя поведение хромосом в мейозе и поведение родителей, наследуемых потомками, независимо друг от друга предположили, что хромосомы содержат наследственные факторы (гены), определённые Грегором Менделем, и образуют пары. Бовери, совместно с австрийским биологом Карлом Раблем выдвинул теорию «индивидуальности хромосом», которая позже была использована для обоснования хромосомной теории наследственности.