Tutti sanno che con la riproduzione sessuale, nasce un nuovo organismo come risultato della fusione di due gameti (cellule sessuali). La gametogenesi, o formazione delle cellule generative, avviene attraverso una divisione specifica chiamata meiosi. Qual è l'essenza di questo processo, quali sono le sue fasi, lo diremo in questo articolo.
Un po' di cultura generale
Per la maggior parte degli organismi eterosessuali sul nostro pianeta, la riproduzione sessuale è caratteristica. In questo caso, i gameti hanno un mezzo set cromosomico, chiamato aploide (n). Come risultato della fusione dei gameti, si forma uno zigote, in cui viene ripristinata la diploidia e l'insieme dei cromosomi è designato 2n, che è l'essenza della meiosi (brevemente).
Ad esempio, la Drosophila (moscerino della frutta) ha solo 4 cromosomi: questo è un insieme diploide. I gameti nel suo nucleo hanno solo 2 cromosomi. Nell'uomo, in ogni cellula del nucleo ci sono 46 cromosomi e nei gameti (uovo e sperma) - 23 ciascuno.
Mail ripristino della diploidia durante la riproduzione sessuale è solo una piccola parte di ciò che è l'essenza della meiosi.
Cromosomi e cromatidi
Per comprendere il seguente materiale, è importante capire la differenza tra i due.
I cromosomi (si usa la designazione n) sono chiamati portatori di materiale genetico, ma semplicemente si tratta di molecole di DNA (acido desossiribonucleico), moltiplicate a spirale e localizzate nel nucleo delle cellule di eucarioti (aventi un nucleo con una guaina di membrana) organismi. Nella forma in cui siamo abituati a vederli nei libri di testo e nei libri di consultazione (la foto sopra mostra i cromosomi umani), diventano evidenti solo durante l'interfase, prima della divisione cellulare, quando sono già raddoppiati.
Ma i cromatidi (indicati con) - questa è solo la parte strutturale del cromosoma, che ha già attraversato il processo di replicazione (raddoppio) nell'interfase prima della divisione cellulare. Un cromatide è una delle due copie di DNA che sono collegate in questo momento da una speciale costrizione (centromero).
Finché due cromatidi sono collegati da un centromero, sono chiamati cromatidi fratelli. E solo durante la divisione sessuale delle cellule (meiosi) si separano e rappresentano unità indipendenti di materiale ereditario, e se si verificava un crossing over tra loro (ne parleremo più avanti), allora subivano cambiamenti nella sequenza genica.
Tutti i cromosomi sono diversi per forma e dimensione all'interno di una coppia omologa (identica). L'intero insieme di cromosomi nelle cellule della stessa specie è chiamato cariotipo. Quindi, negli esseri umani, il cariotipo è di 46 cromosomi,di cui 22 coppie sono omologhe o autosomi e 23 coppie sono cromosomi sessuali (X e Y). Nei gameti umani (sperma e uovo) c'è un mezzo set (aploide) di cromosomi - 23 autosomi e 1 cromosoma sessuale (X o Y).
Solo la meiosi fornisce un tale insieme di gameti.
Divisione cellulare speciale
Divisione specifica con formazione di cellule germinali - la meiosi (dalla parola greca Μείωσις, che significa riduzione) è un insieme di due divisioni cellulari consecutive, a seguito delle quali il nucleo si divide due volte e i cromosomi solo una volta. A causa di ciò, c'è una diminuzione (riduzione) del cromosoma impostato nei gameti della metà, che, quando si fondono, ripristina la diploidia dello zigote. Questo è il suo significato biologico.
La meiosi (le sue fasi) in tutti gli organismi viventi si verifica allo stesso modo:
- La prima divisione (riduzione), dopo di che il numero di cromosomi viene dimezzato.
- La seconda divisione (equazionale) si presenta come una divisione semplice (mitosi). Si chiama anche livellamento.
Prima divisione meiotica
Durante la preparazione di una cellula per la divisione (interfase) nel nucleo, il numero di cromosomi raddoppia (ci sono 4 n), che è tipico per le cellule che si dividono per divisione semplice (mitosi). Nelle cellule dei precursori dei gameti (nell'uomo, spermatociti e ovociti), tale raddoppio non si verifica nell'interfase e la cellula inizia la meiosi con una serie di cromosomi 2n e passai seguenti passaggi:
- Prophase I. In questa fase, i cromosomi diventano più densi e più vicini tra loro. Si verifica la coniugazione (adesione) di cromosomi omologhi (una coppia), durante la quale si verifica l'incrocio. Questo processo è caratteristico solo per la meiosi (qual è l'essenza, descriveremo di seguito). Quindi i cromosomi vengono separati, il guscio del nucleo cellulare viene distrutto e il fuso di divisione inizia a formarsi.
- Metafase I. Le fibre del fuso si attaccano ai centromeri dei cromosomi e si trovano lungo l'equatore di divisione una di fronte all' altra e non lungo la stessa linea (come nella mitosi).
- Anafase I. I fili del fuso allungano i cromosomi ai poli. In breve, il significato e l'essenza della meiosi sta in questa fase di divisione: i poli hanno n cromosomi.
- Telofase I. In questa fase si formano gli involucri nucleari. Negli animali e in alcune piante si verifica un'ulteriore divisione del citoplasma e si formano due cellule figlie.
Le cellule formate entrano nell'interfase, che è molto breve o assente.
Seconda divisione meiotica
Meiosi II ha le stesse fasi:
- Profase II. I cromosomi diventano più densi, le membrane nucleari scompaiono e il fuso di fissione inizia ad apparire (foto sopra).
- Durante la metafase II, la formazione del fuso continua e i cromosomi si trovano lungo l'equatore di divisione.
- Anafase II. I cromosomi sono allungati ai poli della cellula (foto sotto).
- Telofase II. Si formano membrane nucleari, il citoplasma è diviso tradue celle.
Con questa divisione, il numero dei cromosomi non cambia, ma ognuno di essi è costituito da un solo cromatide (unità strutturale). Questa è l'essenza della meiosi II. Le cellule sono formate con un insieme aploide di cromosomi in ciascuna (n).
Significato biologico della meiosi
Di cosa si tratta, è già diventato chiaro:
- La meiosi è un meccanismo perfetto che assicura la costanza del cariotipo (numero di cromosomi) di una specie inerente alla riproduzione sessuale.
- A causa di due divisioni consecutive della meiosi, il numero di cromosomi nei gameti diventa aploide e diventa logico ripristinare la diploidia quando si fondono (fertilizzano) con la formazione di uno zigote con il cariotipo diploide originale.
- È la meiosi che fornisce proprietà degli organismi come la variabilità. In profase I - per crossing over, e in anafase I - per il fatto che cromosomi omologhi con geni diversi possono finire in gameti diversi.
Cos'è il crossover
Torniamo alla profase I della meiosi. È in questo momento, quando i cromosomi omologhi si sono avvicinati e quasi si sono attaccati l'uno all' altro, che può verificarsi uno scambio tra loro di qualsiasi sito. È questo scambio che si chiama crossing over, che letteralmente tradotto dall'inglese (crossing over) significa attraversamento o attraversamento.
In altre parole, una parte di un cromosoma può scambiarsi di posto con la stessa parte di un altro cromosoma della stessa coppia. Questo meccanismo fornisce la variabilità genetica ricombinativa degli organismi. mescolandoi geni portano a una maggiore biodiversità all'interno di una singola specie.
Ciclo vitale e meiosi
A seconda di quale fase del ciclo vitale si verifica la meiosi, ci sono tre tipi di meiosi in biologia:
- L'iniziale (zigote) si verifica immediatamente dopo la fecondazione nello zigote. Questo tipo di meiosi è tipico per gli organismi con una predominanza della fase aploide nel ciclo vitale. Si tratta di funghi (ascomiceti e basidomiceti), alcune alghe (clamidomonas), protozoi (sporozoi).
- La meiosi intermedia (spore) si verifica durante la formazione di spore negli organismi con un' alternanza uniforme di forme diploidi e aploidi. Si tratta di spore superiori (muschi, muschi, equiseti, felci), gimnosperme e angiosperme. Tra gli animali, questo tipo di meiosi è caratteristico dei protozoi marini foraminiferi.
- La meiosi finale (gametica) è inerente a tutti gli animali multicellulari, alle alghe fucus e ad alcuni protozoi (ciliati). In questi organismi, la fase diploide predomina nel ciclo vitale e solo i gameti hanno un insieme aploide di cromosomi.
Riassumi
Gli studenti conoscono l'essenza della meiosi in prima media quando studiano i protozoi, le alghe e passano allo studio della biologia vegetale. Questo concetto chiave della biologia generale e dei meccanismi di formazione delle cellule germinali (gameti) ci permette di comprendere la comunanza di tutta la vita sul nostro pianeta, di comprendere i vari cicli vitali di piante e animali.
Inoltre, dovremmo essere la meiosisono grati per la diversità intraspecifica della specie biologica Homo sapiens. Durante lo studio della biologia nelle classi successive, gli studenti continuano a studiare le fasi della divisione sessuale e, quando conoscono la genetica, le leggi dell'ereditarietà e della variabilità.
Studiare i meccanismi delle varie divisioni cellulari ci permette di comprendere l'unicità e l'opportunità delle leggi della natura, che si sono formate in miliardi di anni di evoluzione su un unico pianeta del sistema solare. E siamo stati fortunati a nascerci sopra.
