Клітка, енциклопедія Навколосвіт

Розмноження за допомогою мітозу називають безстатевим розмноженням, вегетативним розмноженням або клонуванням. Його найбільш важливий аспект - генетичний: при такому розмноженні не відбувається розбіжності спадкових факторів у потомства. Утворені дочірні клітини генетично в точності такі ж, як і материнська. Мітоз - це єдиний спосіб самовідтворення у видів, які не мають статевого розмноження, наприклад у багатьох одноклітинних. Проте навіть у видів з статевим розмноженням клітини тіла діляться за допомогою мітозу і походять від однієї клітини - заплідненого яйця, а тому всі вони генетично ідентичні. Вищі рослини можуть розмножуватися безстатевим шляхом (за допомогою мітозу) саджанцями і вусами (відомий приклад - полуниця).

Статеве розмноження організмів здійснюється за допомогою спеціалізованих клітин, т.зв. гамет, - яйцеклітини (яйця) і сперми (сперматозоїда). Гамети, зливаючись, утворюють одну клітку - зиготу. Кожна гамета гаплоїдні, тобто має по одному набору хромосом. Всередині набору всі хромосоми різні, проте кожній хромосомі яйцеклітини відповідає одна з хромосом спермия. Зигота, таким чином, містить вже пару таких відповідних один одному хромосом, які називають гомологічними. Гомологічні хромосоми подібні, оскільки мають одні і ті ж гени або їх варіанти (алелі), що визначають специфічні ознаки. Наприклад, одна з парних хромосом може мати ген, який кодує групу крові А, а інша - його варіант, який кодує групу крові В. Хромосоми зиготи, що відбуваються з яйцеклітини, є материнськими, а походять з спермия - батьківськими.

В результаті багаторазових мітотичних поділів з утвореної зиготи виникає або багатоклітинний організм, або численні вільноживучі клітини, як це відбувається у володіють статевим розмноженням найпростіших і в одноклітинних водоростей.

При утворенні гамет диплоїдний набір хромосом, яким він був у зиготи, повинен наполовину зменшитися (редукувати). Якби цього не відбувалося, то в кожному поколінні злиття гамет призводило б до подвоєння набору хромосом. Редукція до гаплоїдного числа хромосом відбувається в результаті редукційного поділу - т.зв. мейозу, який є варіантом мітозу.

Розщеплення і рекомбінація.

Особливість мейозу полягає в тому, що при клітинному розподілі екваторіальну пластинку утворюють пари гомологічних хромосом, а не подвоєні індивідуальні хромосоми, як при мітозі. Парні хромосоми, кожна з яких залишилася одинарної, розходяться до протилежних полюсів клітини, клітина ділиться, і в результаті дочірні клітини отримують половинний, в порівнянні з зиготи, набір хромосом.

Для прикладу припустимо, що гаплоїдний набір складається з двох хромосом. У зиготі (і відповідно у всіх клітинах організму, яка продукує гамети) присутні материнські хромосоми А і В і батьківські А 'і В'. Під час мейозу вони можуть розділитися наступним чином:

Найбільш важливий в цьому прикладі той факт, що при розбіжності хромосом зовсім не обов'язково утворюється вихідний материнський і батьківський набір, а можлива рекомбінація генів, як в гаметах АВ 'і А'В в наведеній схемі.

Тепер припустимо, що пара хромосом АА 'містить два алелі - a і b - гена, що визначає групи крові А і В. Подібним чином пара хромосом ВВ' містить аллели m і n іншого гена, що визначає групи крові M і N. Поділ цих алелей може йти в такий спосіб:

Очевидно, що отримані гамети можуть містити будь-яку з наступних комбінацій алелів двох генів: am. bn. bm або an.

Якщо є більше число хромосом, то пари алелей будуть розщеплюватися незалежно за тим же принципом. Це означає, що одні й ті ж зиготи можуть продукувати гамети з різними комбінаціями алелей генів і давати початок різних генотипів в потомстві.

Мейотическое розподіл.

Обидва наведених приклади ілюструють принцип мейозу. Насправді мейоз - значно складніший процес, так як включає два послідовних розподілу. Головне в мейозі те, що хромосоми подвоюються тільки один раз, тоді як клітина ділиться двічі, в результаті чого відбувається редукція числа хромосом і диплоїдний набір перетворюється в гаплоїдний.

Під час профази першого поділу гомологічні хромосоми кон'югують, т. Е. Зближуються попарно. В результаті цього дуже точного процесу кожен ген виявляється навпроти свого гомолога на інший хромосомі. Обидві хромосоми потім подвоюються, але хроматиди залишаються пов'язаними одна з одною загальною центромерой.

У метафазі чотири з'єднані хроматиди шикуються, утворити екваторіальну пластинку, як якщо б вони були однією подвоєною хромосомою. На противагу тому, що відбувається при мітозі, центромери не діляться. В результаті кожна дочірня клітина отримує пару хроматид, все ще пов'язаних цетромерой. Під час другого поділу хромосоми, вже індивідуальні, знову шикуються, утворюючи, як і в мітозі, екваторіальну пластинку, але їх подвоєння при цьому розподілі не відбувається. Потім центромери діляться, і кожна дочірня клітина отримує одну хроматиду.

Розподіл цитоплазми.

В результаті двох мейотіческіх поділів диплоїдної клітини утворюються чотири клітини. При утворенні чоловічих статевих клітин виходить чотири спермия приблизно однакових розмірів. При утворенні ж яйцеклітин поділ цитоплазми відбувається дуже нерівномірно: одна клітина залишається великою, тоді як інші три настільки малі, що їх майже повністю займає ядро. Ці дрібні клітини, т.зв. полярні тільця, служать лише для розміщення надлишку хромосом, що утворилися в результаті мейозу. Основна частина цитоплазми, необхідної для зиготи, залишається в одній клітці - яйцеклітини.

Кон'югація і кросинговер.

Під час кон'югації хроматиди гомологічних хромосом можуть розриватися і потім з'єднуватися в новому порядку, обмінюючись ділянками наступним чином:

Цей обмін ділянками гомологічних хромосом називається кросинговером (перекрестом). Як показано вище, кроссинговер веде до виникнення нових комбінацій алелей зчеплених генів. Так, якщо вихідні хромосоми мали комбінації АВ і ab. то після кросинговеру вони будуть містити Ab і aB. Цей механізм появи нових генних комбінацій доповнює ефект незалежної сортування хромосом, що відбувається в ході мейозу. Різниця полягає в тому, що кросинговер поділяє гени однієї і тієї ж хромосоми, тоді як незалежна сортування розділяє тільки гени різних хромосом.