Способы деления клеток рисунки

Митоз и мейоз

Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)

С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.

Здесь и в дальнейшем мы будем пользоваться генетической формулой клетки, где «n» — число хромосом, а «c» — число ДНК (хроматид). Напомню, что в состав каждой хромосомы может входить как одна молекула ДНК (одна хроматида) (nc), либо две (n2c).

Клеточный цикл включает в себя несколько этапов: деление (митоз), постмитотический (пресинтетический), синтетический, постсинтетический (премитотический) период. Три последних периода составляют интерфазу — подготовку к делению клетки.

Разберем периоды интерфазы более подробно:

₁

Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.

Синтетический период S — 2n4c

Длится 6-10 часов. Важнейшее событие этого периода — удвоение ДНК, вследствие которого к концу синтетического периода каждая хромосома состоит из двух хроматид. Активно синтезируются структурные белки ДНК — гистоны.

Постсинтетический (премитотический) период G₂ — 2n4c

Короткий, длится 2-6 часов. Это время клетка тратит на подготовку к последующему процессу — делению клетки, синтезируются белки и АТФ, удваиваются центриоли, делятся митохондрии и хлоропласты.

Митоз (греч. μίτος — нить)

Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.

Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.

Бесформенный хроматин в ядре начинает собираться в четкие оформленные структуры — хромосомы — происходит это за счет спирализации ДНК (вспомните мой пример ассоциации хромосомы с мотком ниток)
Оболочка ядра распадается, хромосомы оказываются в цитоплазме клетки
Центриоли перемещаются к полюсам клетки, образуются центры веретена деления

ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).

Самая короткая фаза митоза. Хромосомы, состоящие из двух хроматид, распадаются на отдельные хроматиды. Нити веретена деления тянут хроматиды (синоним — дочерние хромосомы) к полюсам клетки.

В этой фазе хроматиды (дочерние хромосомы) достигают полюсов клетки.

Начинается процесс деспирализации ДНК, хромосомы исчезают и становятся хроматином (вспомните ассоциацию про раскрученный моток ниток)
Появляется ядерная оболочка, формируется ядро
Разрушаются нити веретена деления

В телофазе происходит деление цитоплазмы — цитокинез (цитотомия), в результате которого образуются две дочерние клетки с набором 2n2c. В клетках животных цитокинез осуществляется стягиванием цитоплазмы, в клетках растений — формированием плотной клеточной стенки (которая растет изнутри кнаружи).

Образовавшиеся в телофазе дочерние клетки 2n2c вступают в постмитотический период. Затем в синтетический период, где происходит удвоение ДНК, после чего каждая хромосома состоит из двух хроматид — 2n4c. Клетка с набором 2n4c и попадает в профазу митоза. Так замыкается клеточный цикл.

Биологическое значение митоза очень существенно:

В результате митоза образуются дочерние клетки — генетические копии (клоны) материнской.
Митоз является универсальным способом бесполого размножения, регенерации и протекает одинаково у всех эукариот (ядерных организмов).
Универсальность митоза служит очередным доказательством единства всего органического мира.

Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).

Мейоз

Мейоз (от греч. μείωσις — уменьшение), или редукционное деление клетки — способ деления клетки, при котором наследственный материал в них (число хромосом) уменьшается вдвое. Мейоз происходит в ходе образования половых клеток (гамет) у животных и спор у растений.

В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).

Как уже было сказано, мейоз состоит из двух делений: мейоза I (редукционного) и мейоза II (эквационного). Первое деление называют редукционным (лат. reductio — уменьшение), так как к его окончанию число хромосом уменьшается вдвое. Второе деление — эквационное (лат. aequatio — уравнивание) очень похоже на митоз.

Приступим к изучению первого деления мейоза. За основу возьмем клетку с двумя хромосомами и удвоенным (в синтетическом периоде интерфазы) количеством ДНК — 2n4c.

Профаза мейоза I

Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.

Конъюгация (лат. conjugatio — соединение) — сближение гомологичных хромосом друг с другом. Гомологичными хромосомами называются такие, которые соответствуют друг другу по размерам, форме и строению. В результате конъюгации образуются комплексы, состоящие из двух хромосом — биваленты (лат. bi — двойной и valens — сильный).

После конъюгации становится возможен следующий процесс — кроссинговер (от англ. crossing over — пересечение), в ходе которого происходит обмен участками между гомологичными хромосомами.

Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.

Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.

Нити веретена деления сокращаются, вследствие чего биваленты распадаются на отдельные хромосомы, которые и притягиваются к полюсам клетки. В результате у каждого полюса формируется гаплоидный набор будущей клетки — n2c, за счет чего мейоз I и называется редукционным делением.

Происходит цитокинез — деление цитоплазмы. Формируются две клетки с гаплоидным набором хромосом. Очень короткая интерфаза после мейоза I сменяется новым делением — мейозом II.

Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).

В результате мейоза I и мейоза II мы получили из диплоидной клетки 2n4c гаплоидную клетку — nc. В этом и состоит сущность мейоза — образование гаплоидных (половых) клеток. Вспомнить набор хромосом и ДНК в различных фазах мейоза нам еще предстоит, когда будем изучать гаметогенез, в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки — половые клетки (гаметы).

Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.

Помните, что до мейоза происходит удвоение ДНК в синтетическом периоде. Из-за этого уже в начале мейоза вы видите их увеличенное число — 2n4c (4 хромосомы, 8 молекул ДНК). Я понимаю, что хочется написать 4n8c, однако это неправильная запись!) Ведь наша исходная клетка диплоидна (2n), а не тетраплоидна (4n) 😉

Итак, самое время обсудить биологическое значение мейоза:

Поддерживает постоянное число хромосом во всех поколениях, предотвращает удвоение числа хромосом
Благодаря кроссинговеру возникают новые комбинации генов, обеспечивается генетическое разнообразие состава гамет
Потомство с новыми признаками — материал для эволюции, который проходит естественный отбор

Бинарное деление надвое

Митоз и мейоз возможен только у эукариот, а как же быть прокариотам — бактериям? Они изобрели несколько другой способ и делятся бинарным делением надвое. Оно встречается не только у бактерий, но и у ряда ядерных организмов: амебы, инфузории, эвглены зеленой.

При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.

Амитоз (от греч. ἀ — частица отрицания и μίτος — нить)

Способ прямого деления клетки, при котором не происходит образования веретена деления и равномерного распределения хромосом. Клетки делятся напрямую путем перетяжки, наследственный материал распределяется «как кому повезет» — случайным образом.

Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Размножение делением

Цикл статей Национального Института Медицинских Наук (NIGMS)

Часть 4. Клеточное воспроизводство: размножение делением

И ты, и все мы начинали с одной клетки. Эта клетка не могла двигаться и думать, не могла видеть другие клетки и рассказывать им смешные истории. Эта клетка могла сделать только одно — разделиться. Была одна — стало две, потом четыре, восемь — и так далее, пока не стала удивительным человеком, вроде тебя. Представь себе – теперь вы можешь смеяться над шутками, стоять на голове и есть мороженое, слушать симфонии и заниматься разными интересными вещами.

В этой статье ты узнаешь, как делятся клетки. Эта тема чрезвычайно заинтересовала ученых, когда они 100 лет назад наблюдали деление клетки под микроскопом, и что важно – они смогли разобраться в этом процессе. Ведь ты можешь понять правила игры в футбол или в шахматы, если несколько раз будешь смотреть, как играют другие. Учёные сделали это так же – внимательно наблюдали за тем, как делятся клетки.

Но тебе даже не понадобится микроскоп, чтобы увидеть все это. Подключив к нему фотокамеру, ученые сделали детальные фотографии, и некоторые из которых ты увидишь в этой статье.

Два способа деления

Фото: TORSTEN WITTMAN

Есть два способа деления клеток: митоз и мейоз.

Митоз по своей сути – это точное дублирование: в результате митоза, появляются две абсолютно одинаковые по генетическому составу клетки: одинаковые и друг-другу, и клетке-родительнице. Ты вырос из одной зародышевой клетки, чтобы стать человеком — для этого ты воспользовался митозом. Даже сейчас, когда ты уже вырос, способом митоза старые клетки заменяются новыми, например – при обновлении кожи. Митоз непрерывно происходит во всех частях твоего тела, чтобы оно оставалось в хорошем состоянии.

Мейоз — это совсем другое. Мейоз изменяет гены и создает клетки, которые отличаются и друг от друга, и от клетки-родительницы. Митоз может произойти почти с любой клеткой. Но только некоторые специальные клетки могут делиться по способу мейоза — это яйцеклетки у женщин и сперматозоиды у мужчин. Митоз – для роста и поддержания. Мейоз – для полового размножения.

Клетка-велосипедист (клеточный цикл)

Обычно, жизненный цикл животных клеток составляет около 24 часов, но в зависимости от типа клетки, он может длиться от 8 часов до больше чем 1 года. Больше всего клетка меняется в фазе G1.

До того, как подробнее рассмотреть процесс митоза, давайте отойдем немного назад, чтобы увидеть картину полностью.

На рисунке показан цикл жизни клетки растений-эукариотов или клеток животных. Цикл начинается, когда клетка появляется способом митоза и длится до тех пор, пока клетка тем же способом митоза не разделится на две новых клетки. Цикл состоит из отдельных этапов:

G 1 -фаза – период роста

S-фаза – этап синтеза

G 2 -фаза – второй этап роста

Как ты видишь, митоз составляет только небольшую часть жизненного цикла.

Остальное время между G 1 и G 2 – это интерфаза.

Сначала ученые считали, что между фазами G 1 и G 2 мало что происходит, но теперь они знают, что это далеко не так. Именно во время интерфазы – копируются хромосомы (генетический материал), и клетки увеличивают свой размер в 2 раза. И, несмотря на это, клетки продолжают делать свою работу. Клетки твоих сердечных мышц сокращаются и качают кровь, клетки твоего кишечника поглощают пищу, которую ты ешь, клетки щитовидной железы создают гормоны, и так далее. Но большинство этих действий прекращается, когда наступает период митоза. И ты наверно уже догадался, что не все клетки делятся одновременно. Когда одна клетка делится – ее соседи продолжают работать, чтобы все твое тело могло непрерывно действовать.

Контрольно-пропускные пункты: клеточные контролёры

На первый взгляд, все эти действия кажутся простыми и происходящими в полном порядке – одно за другим. Это похоже на то, как строят дом: стены не ставят раньше, чем будет готов фундамент. Так и в клетке – митоз не начнется раньше, чем произойдет копирование генетического материала. Иначе в двух новых клеток не получилось бы полного набора хромосом, и они, скорее всего, погибли бы. Поэтому в клеточном цикле, фазы должны следовать одна за другой, не нарушая строгого порядка.

Как клетка “узнает”, что одна фаза завершена, и пора переходить к следующей? Эта тайна заключается в том, что в клетке есть несколько молекулярных контролёров, которые занимают свои посты на всем протяжении клеточного цикла. Эти контролёры действуют также, как руководители строительства дома – они смотрят – если один шаг был завершен, то дают сигнал “ок”, чтобы переходить к следующему шагу. Если шаг не был завершен, то контролёры сигналят “стоп”, запрещая двигаться дальше по циклу. Существуют три основных пропускных пункта: один между G1 и S-фазой, один между G2 и митозом, и еще один во время митоза.

Понятие контрольно-пропускного пункта, впервые было введено Тедом Вейнертом из Университета Аризоны (Тусон) и Леландом Хартвеллом из онкологического научного центра Фреда Хатчинсона (Сиэтл, штат Вашингтон). Проведя эксперименты с дрожжевыми клетками, Вейнерт и Хартвелл обнаружили, что белок под названием Rad9, является частью контрольно-пропускного пункта. Цикл клетки с любым повреждением, будет остановлен на этом пропускном пункте, и все повреждения будут исправлены до того, как начнется митоз. Клетки, которые не имеют Rad9 – не замечают в себе поломок, и проходят через митоз с катастрофическими последствиями: новые клетки после митоза имеют повреждения ДНК, и неизменно умирают. После этих открытий, во многих видах клеток (включая клетки человека) были обнаружены специальные гены, которые контролируют клеточный цикл.

Хартвел выявил более 100 генов, которые помогают контролировать клеточный цикл, и в знак признания важности этих открытий, он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2011 году.

Вручение Нобелевской премии

Митоз – это рост и развитие, а также исправление повреждений и замена изношенных клеток по всему телу. (На схеме, для упрощения – в клетке показано только шесть пар хромосом.)

Хромосомы копируются (удваиваются), но копии остаются нераздельными.

Хромосомы уплотняются внутри ядра и становятся видимыми.

В цитоплазме образуется веретено с двумя полюсами.

Копии хромосом выстраиваются между полюсами на нитях веретена.

Хромосомы разделяются на две одинаковые группы и расходятся к противоположным полюсам веретена.

Ядерные оболочки отделяют и окружают две группы хромосом. Веретено разрушается.

Клетка распадается на две дочерние клетки, каждая из них содержит одинаковое количество хромосом – также, как у родительской клетки. У человека такие клетки имеют по 23 пары хромосом и называются диплоидными.

Митоз: а ну делись!

Митоз является самым драматическим событием во всем клеточном цикле. Внезапно распадающаяся клеточная структура, построение новой структуры, и все это достигает наивысшей точки в момент разделения клетки на две новые. Представь себе, ты спокойно идешь куда-нибудь по своим делам, и вдруг чувствуешь, как кости внутри начинают перемещаться! И тебя буквально растаскивает попалам, и прежде, чем ты успеваешь понять, что происходит, рядом с тобой уже находится твоя абсолютная копия (и наверное, тоже не понимает, что случилось). Примерно это и происходит в клетке во время митоза.

Митоз состоит из шести фаз: профазы, прометафазы, метафазы, анафазы, телофазы и цитокинеза. Первые пять фаз – выполняют расщепление ядра и копирование генетической информации (удвоение хромосом). На заключительном этапе, вся клетка разделяется на две идентичные дочерние клетки.

Все стадии митоза хорошо заметны в этой клетке Африканской лилии (Scadoxus katherinae). В ней толщина хромосом больше, чем длина самой длинной хромосомы в клетках человека. Автор: Эндрю С. Байер.

Главная цель митоза – сделать так, чтобы каждая дочерняя клетка получила одну точную копию каждой хромосомы. Другие клеточные компоненты, такие как рибосомы и митохондрии – тоже делятся между двумя дочерними клетками, но их точное распределение не так важно.

Рак: процесс выходит из под контроля

Твое тело внимательно следит за тем, когда и какие клетки делятся (с помощью молекулярных “стоп” или “ок” сигналов). Например, при ранении – поврежденные клетки отправляют сигналы соседним клеткам, которые начинают быстрее расти и делиться, и уплотняются на месте раны. В другом случае, если клетка оказывается в среде, где недостаточно питательных веществ, она подает сигналы остановки роста. Но случается, когда подаются неверные сигналы – “ок” для роста (хотя требуется остановка), или сигнал “стоп” для остановки (хотя на самом деле, нужно расти). И то, и другое может привести к бесконтрольному делению клеток и раковым заболеваниям. Митоз в такой ситуации, приводит не к восстановлению, а к разрушению тела – делением момогает расти агрессивным опухолям.

К счастью, требуется больше, чем один неправильный “стоп” или “ок” сигнал, чтобы клетки стали злокачественными. Потому что наши тела хорошо умеют себя защищать. Требуется один-два мощных удара по здоровым клеткам, чтобы они повредились и заболели. Удары – это ошибки, или мутации в ДНК (повреждение генов) – и в результате происходит появление неисправного белка. Солнечный свет, рентгеновские лучи и другие излучения, и токсины (такие как сигаретный дым и другие загрязнения воздуха) и некоторые вирусы могут вызывать такие мутации. Люди могут получить мутацию в наследство от своих родителей, поэтому получается так, что в некоторых семьях раковая болезнь проявляется намного чаще, чем в других: первый удар произошел в момент зачатия, и следующие мутации могут с большой вероятностью, начать злокачественные опухоли.

Митоз сам по себе тоже может вызывать мутации, потому что митоз в точности копирует ранее сделанные ошибки (но к счастью, почти все эти ошибки исправляются нашими системами ремонта ДНК). Получается, что митоз, с одной стороны – позволяет нам расти до исправления повреждений; с другой – является источником опасных мутаций ДНК. Мы вернемся к теме связи между делением клеток и повреждением ДНК, когда будем говорить о старении в следующей статье.

Ряд факторов окружающей среды

вызывают мутации ДНК,

которые могут привести к раку:

это токсины в табачном дыме,

солнечные лучи и другие излучения,

Мейоз: пол, наследственность и выживание

Клетка всегда “говорит” – и секрет лишь в том, чтобы выучить её язык

Эндрю С. Байер, клеточный биолог

Объявление в газете:

одинокий сперматозоид ищет одинокую яйцеклетку для совместной жизни, начиная с зиготы и так далее.

Вы должны иметь 23 хромосомы (ни больше, ни меньше),

и ничего страшного, если они будут немного перепутаны, – кто знает, может быть мы еще скажем за это спасибо.

Пожалуйста откликнитесь скорее — я без вас долго не выдержу!

Каждый из нас, начинал со встречи

сперматозоида и яйцеклетки.

Почти все многоклеточные организмы размножаются половым путем – слиянием яйцеклетки и сперматозоида. Из них образуется новая клетка – зигота, и она тоже имеет полный набор из 23-х пар хромосом (как в почти любой клетке твоего тела).

Но как же такое может быть? Ведь если объединились яйцеклетка и сперматозоид, и у каждого из них были 23 пары хромосом, то их сложение приводит к 46 парам хромосом, и кажется, что клетка-зигота должна удвоить это количество и иметь 46 пар хромосом, а не 23 пары, как у всех. Но, задумайтесь – если эта клетка-зигота будет увеличена, то последующие поколения будут иметь еще больше хромосом в клетке. Только представь себе, сколько накопилось бы хромосом, за все человеческие поколения, если бы их количество постоянно удваивалось? Конечно же, этого не происходит. Даже самые первые биологи поняли, что должен быть способ сократить вдвое количество хромосом при объединении яйцеклетки и сперматозоида.

Чтобы решить эту задачу, природа разработала особый способ деления клеток – это мейоз. Когда идет подготовка к мейозу, хромосомы копируются один раз (как для митоза), но вместо одного деления клеток, происходит два. В результате получаются четыре клетки, в каждой из которых содержатся 23 одиночные хромосомы, а не 23 пары. То есть каждая из этих четырех клеток, получает только половину из набора хромосом родительской клетки.

Мейоз разделён на фазы также, как и митоз. Но, хотя фазы и называются одинаково, между ними есть разница, особенно на первых стадиях. Клекти делятся два раза, на схеме каждый этап отмечается “I” или “II”, указывая на первое и второе деление.

Если представить, что митоз – это танцевальный концерт, то хромосомы – это звезды танцпола. Но роли у хромосом-звезд скучные. Они просто разделяются на две группы и расходятся в стороны, потом опускается занавес. Управляет перемещениями по сцене режисер танца, митотическое веретено. По форме оно похоже на мяч, состоящий из массива волокон с двумя противоположными концами (полюсами) внутри клетки.

В начале митоза, волокна веретена (зеленого цвета) крепятся к хромосомам (синего цвета). И теперь веретено управлять движением хромосом во время митоза.

Фото: CONLY RIEDER

Как же веретено перемещает хромосомы своими волокнами? Это загадка многих десятилетий. И ученые до сих пор не могут найти ответ на этот вопрос. Один из тех, кто работает над этой темой – Конли Рейдер (клеточный биолог, Wadsworth Center в Олбани). Некоторые ученые предполагают, что белок действует как клеточный автобус, перевозя хромосомы вдоль волокон. Другие (в их числе Рейдер) предлагают версию, согласно которой микротрубочки сокращаются или растягиваются, утолщаясь на концах, чтобы притягивать хоромосомы и толкать их дальше. Ученые также думают, что веретено может действовать и тем, и другим способом.

Эти детективно-молекулярные расследования, имеют большое значение. Когда в работе веретена случаются ошибки, хромосомы могут оказаться не на своем месте, что приведет к появлению клеток с неправильным количеством хромосом. Такие случаи могут стать причиной синдрома Дауна, заболевния раком, или выкидыша (которые в 35% случаев связаны именно с теми клетками, которые несут ошибочное количество генетического материала).

Мейоз используется для производства спермы и яйцеклеток. Во время мейоза, хромосомы клетки копируются один раз, но клетка делится дважды. (Для простоты на схеме показаны только три пары хромосом.)

Подходящие “материнские” и “отцовские” хромосомы объединяются в пары.

В каждой паре, “материнская” и “отцовская” хромосомы обмениваются друг с другом участками. Этот процесс называется кроссинговер, так повышается генетическое разнообразие.

Второе деление мейоза, цитокинез

Четыре дочерних клетки, содержат вдвое меньше хромосом. Такие клетки называются гаплоидными.

Ошибки в процессе созревания яйцеклетки

Эта диаграмма (кариотип) всех хромосом

в одной клетке показывает три,

а не две нормальные копии

хромосомы 21 (отмечено стрелками).

Такое состояние хромосом,

известно как синдром Дауна.

Фото: HESED PADILLA-NASH AND THOMAS RIED

Мужчины производят сперму непрерывно, с самого начала половой зрелости; образование сперматозоидов занимает около одной недели. Но у женщин все иначе. Девочки рождаются с определенным количеством “начальных” яйцеклеток, которые удерживаются в ранней стадии мейоза. На самом деле, начальная яйцеклетка не завершает мейоз, пока не произойдет оплодотворение. Это означает, что у женщин мейоз занимает десятилетия, и может продолжаться от 40 до 50 лет!

Ученые уже давно поняли, что из-за такого долгого мейоза, возникают некоторые генетические нарушения у их детей. Начальные яйцеклетки живут много лет, и в них накапливаются повреждения от мутаций, которые могут привести к ошибкам в остальной части мейоза. Например, риск возникновения синдрома Дауна, повышается у детей более старших мам.

Этот синдром возникает, когда хромосомы 21-й пары не могут отделиться во время мейоза, и обе копии хромосомы оказываются в одной яйцеклетке. После оплодотворения спермой, образуется клетка с тремя копиями 21-й хромосомы, вместо двух копий. Никто не знает точно, как и почему хромосомы не могут отделиться, и эту проблему трудно изучить, потому что нет подходящих примеров у животных.

Шарон Бикель, молекулярный биолог Дартмутского колледжа в Ганновере (Нью-Хемпшир), использующий в в качестве подопытных животных плодовых мушек, разработал метод, чтобы разобраться в этой человеческой головоломке. Плодовые мушки обычно производят яйцеклетки непрерывно, но Бикель изменил их жизнь таким образом, что созревание яйцеклеток замедлилось. Это было сделано для того, чтобы имитировать долгий период созревания яйцеклеток человека. Бикель обнаружил, что с увеличением срока, увеличилось количество проблем с хромосомами так же, как это происходит у пожилых женщин. При исследовании было замечено, что резервное копирование генетической системы, которая помогает обеспечить правильное разделение хромосом, тоже ухудшается, по мере старения мушиных яйцеклеток. И пока еще неизвестно, существует ли такая система в людях. И если такие же ошибки обнаружены в мухах, могут ли они объяснить повышение риска синдрома Дауна у младенцев матерей старшего возраста. Модель плодовой мухи Бикеля позволит ему и другим ученым, ответить на эти важные вопросы.

Почему мы не похожи на наших родственников?

Даже члены семьи, которые имеют большую часть одинакового генетического материала, могут значительно отличаться друг от друга. Если ты когда нибудь был на общем семейном собрании, ты это непременно заметил. Каким же образом можно объяснить такое разнообразие в семье, не говоря даже о целом мире разных людей? Представь себе 23 пары, которые танцуют на одной площадке. Пары начинают танец, выстраиваясь в одну линию друг с другом, образуя две параллельные линии. И в этом танце нет никаких правил. Мужчины и женщины могут быть в любой линии, все танцоры могут составить на площадке миллионы различных комбинаций. В результате число возможных вариантов объединения генов составляет 2 23 , это больше, чем 8 миллионов!

23 пары хромосом разделяются между дочерними клетками в этом танце:каждая дочерняя клетка получает одну хромосому из каждой пары, совершенно случайным образом. Как ты уже понял, это больше 8 миллионов вариаций – это означает, что один и тот же набор родителей может производить более 64 триллионов отличающихся друг от друга зигот!

Некоторые родственники (братья, сестры) могут быть генетически одинаковыми – это однояйцевые близнецы. Такие рождаются, когда эмбрион делится на ранней стадии развития, и тем самым создает пару генетически абсолютно одинаковых детей. Больше всего распространены двойняшки – но в этом случае они разные, т.к. развиваются из двух разных яйцеклеток, каждую из которых оплодотворил сперматозоид.

Мейоз может создавать еще больше генетических вариаций, пользуясь кроссинговером, в ходе которого танцевальные пары физически меняются частями друг-друга, создавая гибридные хромосомы. Получается что-то вроде лоскутного одеяла – хромосомы из кусочков разных хромосом. Такая перестройка генетического материала еще больше расширяет количество возможных генетических конфигураций для дочерних клеток, еще больше увеличивает разнообразие.

С тобой поделились генами, и поэтому у вас есть черты, общие с вашими родителями и бабушками и дедушками, братьями и сестрами, и так далее. Но так как деление происходило способом мейоза – ты родился уникальной личностью. Такого как ты, раньше не было и уже никогда не будет.

Так, благодаря случайному разделению пар хромосом и генетическому обмену, которые происходят во время мейоза, ты получаешь гены родителей вперемешку. Это и объясняет то, почему члены семьи могут сильно отличаться друг от друга, несмотря на то, что у семьи общие гены.

Мейоз – вместе с генетическим разнообразием, и иногда генетическими мутациями – увеличивает выживание нашего вида. При наличии огромного разнообразия генов в популяции, повышаются шансы уцелеть в условиях вспышек болезней, или в условиях суровой окружающей среды. По крайней мере, некоторые люди будут иметь такой генетический материал, который поможет выжить в новых условиях – и они смогут передать эти гены потомству.

Источник