Kõik teavad, et sugulisel paljunemisel tekib kahe suguraku (sugurakkude) ühinemise tulemusena uus organism. Gametogenees ehk generatiivsete rakkude moodustumine toimub spetsiifilise jagunemise kaudu, mida nimetatakse meioosiks. Mis on selle protsessi olemus, millised on selle etapid, räägime selles artiklis.
Natuke üldteadmisi
Enamikule meie planeedi heteroseksuaalsetele organismidele on iseloomulik seksuaalne paljunemine. Sel juhul on sugurakkudel poolkromosoomikomplekt, mida nimetatakse haploidseks (n). Sugurakkude ühinemise tulemusena moodustub sügoot, milles taastatakse diploidsus ja kromosoomide komplekti tähistatakse 2n, mis on meioosi olemus (lühid alt).
Näiteks Drosophilal (puukärbsel) on ainult 4 kromosoomi – see on diploidne komplekt. Tema tuumas olevatel sugurakkudel on ainult 2 kromosoomi. Inimestel on tuuma igas rakus 46 kromosoomi ja sugurakkudes (munarakk ja sperma) 23.
Agadiploidsuse taastamine sugulisel paljunemisel on vaid väike osa meioosi olemusest.
Kromosoomid ja kromatiidid
Järgmise materjali mõistmiseks on oluline mõista nende kahe erinevust.
Kromosoome (kasutatakse tähist n) nimetatakse geneetilise materjali kandjateks, kuid need on lihts alt DNA molekulid (desoksüribonukleiinhape), mis on paljunevad spiraalselt ja asuvad eukarüootsete rakkude tuumas (millel on membraaniümbrisega tuum).) organismid. Sellisel kujul, nagu oleme harjunud neid nägema õpikutes ja teatmeteostes (ülaloleval fotol on inimese kromosoomid), muutuvad nad märgatavaks alles interfaasi ajal, enne rakkude jagunemist, kui nad on juba kahekordistunud.
Aga kromatiidid (tähistatud tähisega) – see on vaid kromosoomi struktuurne osa, mis on enne raku jagunemist interfaasis juba läbinud replikatsiooni (kahekordistumise) protsessi. Kromatiid on üks kahest DNA koopiast, mis on sel hetkel ühendatud erilise kitsendusega (tsentromeeriga).
Kuni kaks kromatiidi on tsentromeeriga ühendatud, nimetatakse neid sõsarkromatiidideks. Ja ainult rakkude seksuaalse jagunemise (meioosi) ajal eralduvad nad ja esindavad iseseisvaid päriliku materjali üksusi ning kui nende vahel toimus ristumine (sellest lähem alt hiljem), siis muutusid nad geenijärjestuses.
Kõik kromosoomid on ühe homoloogse (identse) paari sees erineva kuju ja suurusega. Kogu kromosoomide komplekti sama liigi rakkudes nimetatakse karüotüübiks. Seega on inimestel kariotüüp 46 kromosoomi,millest 22 paari on homoloogsed ehk autosoomid ja 23 paari on sugukromosoomid (X ja Y). Inimese sugurakkudes (sperma ja munarakk) on pool (haploidne) kromosoomide komplekt – 23 autosoomi ja 1 sugukromosoom (X või Y).
Lihts alt meioos pakub sugurakkudes sellise komplekti.
Rakkude spetsiaalne jagunemine
Spetsiifiline jagunemine sugurakkude moodustumisega – meioos (kreeka sõnast Μείωσις, mis tähendab redutseerimist) on kahe järjestikuse raku jagunemise kogum, mille tulemusena jaguneb tuum kaks korda ja kromosoomid ainult üks kord.. Tänu sellele toimub sugurakkudes paikneva kromosoomikomplekti vähenemine (vähenemine) poole võrra, mis nende ühinemisel taastab sügoodi diploidsuse. See on selle bioloogiline tähtsus.
Meioos (selle faasid) kõigis elusorganismides toimub ühtemoodi:
- Esimene jagunemine (vähendamine), mille järel kromosoomide arv väheneb poole võrra.
- Teine jaotus (võrrand) toimub lihtsa jaotusena (mitoos). Seda nimetatakse ka nivelleerimiseks.
Esimene meiootiline jagunemine
Raku ettevalmistamisel tuumas jagunemiseks (interfaasiks) kahekordistub kromosoomide arv (neid on 4 n), mis on tüüpiline lihtsa jagunemise (mitoosi) teel jagunevatele rakkudele. Sugurakkude prekursorite rakkudes (inimesel spermatotsüütides ja munarakkudes) sellist kahekordistumist interfaasis ei toimu ning rakk alustab 2n kromosoomide komplektiga meioosi ja läheb läbi.järgmised sammud:
- I profaas. Selles etapis muutuvad kromosoomid tihedamaks ja üksteisele lähemale. Toimub homoloogsete kromosoomide (üks paar) konjugatsioon (adhesioon), mille käigus toimub ristumine. See protsess on iseloomulik ainult meioosile (mis on selle olemus, kirjeldame allpool). Seejärel kromosoomid eraldatakse, raku tuuma kest hävib ja hakkab moodustuma jagunemisvõll.
- Metafaas I. Spindli kiud kinnituvad kromosoomide tsentromeeride külge ja nad ise asuvad piki jaotusekvaatorit üksteise vastas, mitte samal joonel (nagu mitoosi korral).
- Anafaas I. Spindli keermed venitavad kromosoome pooluste poole. Lühid alt öeldes peitub meioosi tähendus ja olemus selles jagunemise faasis – poolustel on n kromosoomi.
- Telofaas I. Selles etapis moodustuvad tuumaümbrised. Loomadel ja mõnedel taimedel toimub tsütoplasma edasine jagunemine ja moodustub kaks tütarrakku.
Moodustunud rakud sisenevad interfaasi, mis on kas väga lühike või puudub.
Teine meiootiline jagunemine
Meioos II-l on samad faasid:
- Profaas II. Kromosoomid muutuvad tihedamaks, tuumamembraanid kaovad ja hakkab paistma lõhustumise spindel (foto ülal).
- Metafaasi II ajal spindli moodustumine jätkub ja kromosoomid paiknevad piki jagunemisekvaatorit.
- Anafaas II. Kromosoomid on venitatud raku pooluste külge (foto allpool).
- Telofaas II. Moodustuvad tuumamembraanid, tsütoplasma jaguneb vahelkaks lahtrit.
Selle jagunemise korral kromosoomide arv ei muutu, kuid igaüks neist koosneb ainult ühest kromatiidist (struktuuriüksusest). See on meioosi II olemus. Rakud moodustuvad haploidse kromosoomikomplektiga igas (n).
Meioosi bioloogiline tähtsus
Mis see on, see on juba selgeks saanud:
- Meioos on täiuslik mehhanism, mis tagab liigi karüotüübi (kromosoomide arvu) püsivuse, mis on omane sugulisele paljunemisele.
- Meioosi kahe järjestikuse jagunemise tõttu muutub kromosoomide arv sugurakkudes haploidseks ja on loogiline taastada diploidsus, kui need ühinevad (viljastuvad) algse diploidse karüotüübiga sügoodi moodustumisega.
- See on meioos, mis annab organismidele sellise omaduse nagu varieeruvus. Profaasis I – ristumise tõttu ja I anafaasis – tänu sellele, et erinevate geenidega homoloogsed kromosoomid võivad sattuda erinevatesse sugurakkudesse.
Mis on Crossover
Pöördume tagasi meioosi I profaasi juurde. Just sel hetkel, kui homoloogsed kromosoomid on lähenenud ja peaaegu kokku kleepunud, võib nende vahel toimuda mis tahes saidi vahetus. Just seda vahetust nimetatakse crossing overiks, mis inglise keelest tõlkes (crossing over) tähendab ületamist või ületamist.
Teisisõnu, üks kromosoomi osa võib vahetada kohti sama paari teise kromosoomi sama osaga. See mehhanism tagab organismide rekombinatiivse geneetilise varieeruvuse. segadesgeenid põhjustavad ühe liigi bioloogilise mitmekesisuse suurenemist.
Elutsükkel ja meioos
Sõltuv alt elutsükli meioosi staadiumist on bioloogias kolme tüüpi meioosi:
- Esialgne (sügoot) tekib kohe pärast viljastamist sügoodis. Seda tüüpi meioos on tüüpiline organismidele, mille elutsüklis on ülekaalus haploidne faas. Need on seened (ascomycetes ja basidomycetes), mõned vetikad (chlamydomonas), algloomad (eosloomad).
- Vahepealne (eos)meioos tekib eoste moodustumisel organismides, kus diploidsed ja haploidsed vormid vahelduvad ühtlaselt. Need on kõrgemad eosed (samblad, samblad, hobused, sõnajalad), seemne- ja katteseemnetaimed. Loomade seas on seda tüüpi meioos iseloomulik mere algloomadele foraminifera.
- Lõplik (gameetiline) meioos on omane kõikidele paljurakulistele loomadele, merevetikatele ja mõnedele algloomadele (ripsloomadele). Nende organismide elutsüklis domineerib diploidne faas ja ainult sugurakkudel on haploidne kromosoomide komplekt.
Tee kokkuvõte
Meioosi olemusega tutvuvad õpilased 6. klassis algloomi, vetikaid õppides ja siirdudes taimebioloogia õppesse. See üldbioloogia ja sugurakkude (sugurakkude) moodustumise mehhanismide põhikontseptsioon võimaldab meil mõista kogu meie planeedi elustiku ühisust, mõista taimede ja loomade erinevaid elutsükleid.
Lisaks peaksime olema meiooson tänulikud bioloogiliste liikide Homo sapiens liigisisese mitmekesisuse eest. Järgmistes klassides bioloogia õppimisel jätkavad õpilased seksuaalse jagunemise faaside ning geneetikaga tutvumisel pärilikkuse ja muutlikkuse seaduspärasuste uurimist.
Rakkude erinevate jagunemise mehhanismide uurimine võimaldab mõista loodusseaduste unikaalsust ja otstarbekust, mis on kujunenud Päikesesüsteemi ühel planeedil miljardeid aastaid kestnud evolutsiooni käigus. Ja meil vedas, et selle peale sündisime.
