Гаплоидные клетки: процесс образование и количество хромосом

Содержание:

Гаплоидные клетки: процесс образование и количество хромосом

Клетка — это функциональная единица жизни. Простейшая степень организации органического вещества, способная гарантировать выполнение жизненно важных функций. А человеческое тело, например, является результатом «простого» объединения 30 миллионов миллионов ячеек..

И если каждая из этих клеток является частью головоломки нашего тела, то это благодаря генетическому материалу. К 30 000 генов, организованных в хромосомы, которые позволяют кодировать синтез всех тех белков, которые позволяют клетке выполнять свои физиологические функции и что, в конечном итоге, наше тело функционирует как идеально отлаженный механизм.

Что касается этих хромосом, высокоорганизованных структур ДНК и белков, которые содержат большую часть нашей генетической информации, мы много раз слышали, что наш геном состоит из 23 пар хромосом. Всего 46.

Но это не совсем так. В биологии нет черного и белого. Есть серые. Нюансы, которые показывают нам, что все, что связано с генетикой, подвержено изменениям, которые на самом деле делают эволюцию возможной. И в этом смысле сегодня мы подошли к разговору о различиях между двумя очень важными типами клеток: гаплоидными и диплоидными.

Мы рекомендуем вам прочитать: «4 различия между соматической клеткой и зародышевой клеткой»

Биологическое значение процесса

Сохранение количества хромосом при половом размножении. Человеку свойственен определенный диплоидный набор генов: 23 со стороны матери и столько же от отца. Всего получается 46 хромосом.

Каждый раз в момент образования первой клетки организма — зиготы при оплодотворении этот набор восстанавливается благодаря мейозу. Если бы мейоза не происходило, при каждом следующем размножении гаметы бы удваивались. Будущий организм получал бы каждый раз удвоенный по сравнению с предыдущим хромосомный набор, что вело бы к различным нарушениям в организме: чем дальше это продолжалось, тем их степень была бы серьезнее.

На сегодняшний день выявлено, что естественный процент таких нарушений — 1%. Примером могут служить известные миру хромосомные болезни. Возникают они как раз из-за нарушения количества и состава хромосом.

Пример

Болезнь Шерешевского-Тернера.

Причина возникновения — нарушение половых хромосом.

Основной признак: у таких людей вместо обычных сорока шести — сорок пять хромосом. И женский фенотип. Болезнь характеризуется множеством нарушений: физических (внешних), внутренних органов и скелета. Иногда и ментальных (около 15% случаев).

Строение и функции хромосом

Хромосома – структура клеточного ядра, имеющая в своём составе дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и белок — гистон, что и определяет её наследственную функцию.  

Соединение ДНК и белка  гистона называется хроматином. Из него в профазе митоза, в самом начале деления клетки, образуются хромосомы. Строение хромосомы наиболее хорошо удаётся рассмотреть под световым микроскопом в процессе деления клетки, а конкретно в метафазе митоза. 

Хромосома состоит из двух сестринских хроматид, представляющих собой нити молекулы ДНК с белками. Хроматиды образуются в результате удвоения хромосомы в процессе деления клетки.

У каждой хромосомы имеется участок ДНК, называемый центромерой (кинетохором). Здесь в стадии профазы и метафазы деления клетки осуществляется соединение двух дочерних хроматид. Центромера делит хромосому на два плеча. 

Гаплоидные клетки: процесс образование и количество хромосомСхема строения хромосомы в поздней профазе — метафазе митоза.

Существуют хромосомы, имеющие вторичные перетяжки, которые отделяют от плеча хромосомы так называемый спутник, из которого в последующем в интерфазном ядре образуется ядрышко. 

Концевые участки хромосом принято называть теломерами.

По форме хромосомы различают:

  • Метацентрические. Центромера находится в середине и плечи её равны.
  • Субметацентрические. Центромера смещена относительно середины и одно плечо короче другого.
  • Акроцентрические. Центромера расположена у конца хромосомы и одно плечо намного короче другого.

Существует две классификации хромосом по размеру и форме:

  1. денверская;
  2. парижская.

Денверская классификация помимо размеров хромосом, также учитывает их форму, расположение кинетохора и наличие вторичных перетяжек, спутников. Важным является значение центромерного индекса, отражающего процентное соотношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы. Проводилось сплошное окрашивание хромосом.

Группы хромосом по денверской классификации: 

  • Группу А образуют  1 – 3 большие метацентрические и субметанцентрические хромосомы, имеющие центромерный индекс (ЦИ) от 38 – 49.
  • Группу В образуют 4 – 5 пары больших субметацентрических хромосом с центромерным индексом 24 – 30.
  • Группа С состоит из 6 – 12 пары субметацентрических хромосом среднего размера с центромерным индексом   27 – 35. Х-хромосому относят именно к этой группе. 
  • Группу D составляют 13 – 15 пары акроцентрических хромосом сильно отличающихся от всех остальных хромосом человека, ЦИ около 15.
  • Группа Е образована 16 – 18 парами относительно коротких метацентрических хромосом с ЦИ 26 – 40.
  • Группа F (19 – 20 пары): две короткие, субметанцентрических хромосомы с ЦИ 36 – 46.
  • Группа G, образованная 21 – 22 парами маленьких акроцентрических хромосом с ЦИ 13 -33. В неё входит Y – хромосома. 

Парижская классификация основывается на методах специального дифференциального окрашивания, при котором каждая хромосома имеет индивидуальный порядок чередующихся светлых и тёмных сегментов. 

Гаплоидные клетки: процесс образование и количество хромосом

Второй способ деления клетки — мейоз

Мейоз («уменьшение»), или прямое деление. Он еще носит название редукционного деления. Оно представляет собой деление ядра  клетки эукариотического организма, при котором  общая численность хромосом сокращается вдвое. Дочерние клетки, получившиеся при этом делении, названы гаметами. Они наследуют половину наследственной информации от родительской клетки, и численность хромосом соответственно снижается в два раза.

Необходимо понимать, в чем заключается различие диплоидной и  гаплоидной клеток. Как известно, плоидность – количество одинаковых наборов хромосом, находящихся в ядрах клеток организма. В диплоидной клетке имеется основной набор хромосом – от каждой материнской клетки присутствует один набор. При слиянии клеток хромосомы не накапливаются. После деления диплоидных клеток в ядре новых клеток оказывается уже один набор хромосом. Для гаплоидной клетки характерно содержание всего одного набора хромосом. Она образуется из диплоидной  путем митотического деления.

Виды плоидности и терминология

  • Гаплоидные клетки — содержат одинарный набор непарных хромосом (половые клетки, прокариоты).
  • Диплоидные клетки — содержат парное количество хромосом. Большая часть организмов, размножающихся половым путём, диплоидны, т. е. содержат в соматических клетках тела по одному набору хромосом от каждой из гамет (гаплоидных половых клеток).
  • Полиплоидные клетки — содержат более чем две пары хромосом (до двенадцати пар). В зависимости от того, сколько раз в ядре клетки повторяется гаплоидный набор, их соответственно называют три-, тетра-, гексаплоидными и т. д. Полиплоидия возникает вследствие нарушения хода митоза или мейоза (значительно реже) под воздействием мутагенов: при разрушении веретена деления удвоившиеся хромосомы не расходятся, а остаются внутри неразделившейся клетки (так возникают гаметы с двукратным числом хромосом — 2n). При слиянии такой гаметы с нормальной (n) потомок будет иметь тройной набор хромосом и т.д. Полиплоидия имеет две разновидности:
    • Автополиплоидия — результат кратного увеличения гаплоидного набора хромосом одного вида.
    • Аллополиплоидия — результат объединения наборов хромосом разных видов после образования межвидовых гибридов.
  • Анеуплоидные клетки — непропорциональное (не кратное гаплоидному) удвоение или утрата отдельных хромосом. В зависимости от того, произошло уменьшение или увеличение хромосом, используют соответственно приставки гипо- и гипер-. Например, гипердиплоиды — трисомики (2n +1) и тетрасомики (2n + 2), гиподиплоиды — моносомики (2n — 1) и нуллисомики (2n — 2). Анеуплоидия как правило появляется из-за влияния мутагенов.
Популярные статьи  Высотная (горная) зона растительности

Иногда термин «плоидность» применяют не только к эукариотам, но и в отношении безядерных прокариотов, которые как правило гаплоидны, однако иногда встречаются диплоидные и полиплоидные бактерии.

Полиплоидию не следует путать с увеличением количества ядер в клетке и увеличением числа молекул ДНК (политенизацией) в хромососоме.

Особенности деления клеток

Некоторым эукариотическим клеткам свойственно деление посредством  амитоза. Амитоз может проходить без образования хромосом и веретена деления, а генетический материал распределяется случайным образом. Этот способ деления присущ клеткам, которые быстро завершают свой жизненный цикл: фолликулярные клетки яичников, эпителиальные клетки кожи, клетки злокачественных новообразований, клетки коры дуба. При этом клетки могут делиться как на равные, так и на неравные части, а ядерная оболочка не распадается.

Гаплоидные клетки: процесс образование и количество хромосом

Эукариотические клетки с образованием хромосом способны делиться только двумя способами: митозом и мейозом. Хромосомами называют совокупность органоидов клеточного ядра, определяющих наследственные свойства клеток и живых организмов.

Все клетки можно разделить на 2  группы в зависимости от хромосомного набора, содержащегося в ядре:

  • соматические клетки, из которых состоит тело многоклеточных организмов, они не принимают участие в половом размножении;
  • половые клетки (гаметы).

Совокупность хромосом, которые содержатся в ядре, это хромосомный набор. Число хромосом в клетке одинаково для каждого вида живых организмов. Так, у клеток человека этот показатель составляет 46.

Болезни генетики, связанные с хромосомами

Аномалии могут влиять на любую нитевидную молекулу, включая и половые.

Значительные аномалии можно увидеть под микроскопом. Такой тест называется кариотипирование. Меньшие хромосомные аномалии могут быть идентифицированы с помощью специального генетического теста, который сканирует хромосомы человека на наличие отсутствующих или лишних частей.

Числовые отклонения появляются, если в набор добавляется одна или несколько дополнительных нитевидных молекул (появление одной называется трисомия, а двух копий – тетрасомия) или их недостача (известна как моносомия).

Трисомия может поражать любую пару, но более распространенными являются ошибки в 21 (синдром Дауна), в 13, а также в 18 парах. Эти аномалии видны с помощью микроскопа при кариотипировании.

Чем больший возраст у беременной женщины, тем больше вероятность возникновения у плода каких-то аномалий. Когда мужчина становится старше, вероятность зачатия ребенка с аномалией лишь незначительно увеличивается.

Структурные нарушения происходят, когда есть ошибки в строении какой-то части хромосомы. Бывает, когда часть одной создает неправильное соединение с другой нитевидной молекулой (такое называется транслокацией).

Порой случается так, что части вообще не существует (это называется делеция) или они дублируются.

Одни нарушения являются источником гибели эмбриона еще до его рождения. А некоторые отклонения приводят к проблемам, таким как низкий рост, судороги, отсталость в развитии или проблемы с сердцем.

Незначительные мутации происходят в конкретном гене. Такие аномалии не оказывают влияние на строение и, следовательно, их нельзя увидеть во время проведения анализа кариотипа или другого теста.

Одни изменения в гене не сопровождаются проблемами, а другие могут вызвать мало или только легкие отклонения. Но некоторые мутации приводят к серьезным расстройствам, таким как серповидноклеточная анемия, гипертихоз и мышечная дистрофия.

Благодаря стремительному развитию медицины все чаще ученые и медики устанавливают конкретные причины заболеваний человека, которые основаны на генетике. Но остается загадкой, почему возникает множество мутаций.

Предполагается, что значительная часть заболеваний появляется самопроизвольно. Некоторые факторы в экологии и внешнем мире способны повредить и породить аномалии в генах. Такие факторы называются мутагенами.

Например, такие мутагены, как радиационное излучение, ультрафиолетовое излучение, лекарства, и химические субстанции, могут привести к некоторым врожденным дефектам или даже к раку.

Фазы мейоза

Мейотичекое деление включает два этапа, состоящие из четырех фаз каждое.

Первое деление

Включает профазу I, метафазу I, анафазу I и телофазу I.

Профаза I

На данном этапе образуются две клетки с половинным набором генетической информации. Профаза первого деления включает несколько стадий. Ей предшествует предмейотическая интерфаза, во время которой идет репликация ДНК.

Затем происходит конденсация, образование длинных тонких нитей с протеиновой осью во время лептотены. Данная нить прикрепляется к мембране ядра с помощью концевых расширений – прикрепительных дисков. Половинки удвоенных хромосом (хроматиды) еще не различимы. При исследовании имеют вид монолитных структур.

Далее наступает стадия зиготены. Гомологи сливаются с образованием бивалентов, число которых соответствует одинарному числу хромосом. Процесс конъюгации (соединения) осуществляется между парными, сходными в генетическом и морфологическом аспекте. Причем взаимодействие начинается с концов, распространяясь вдоль тел хромосом. Комплекс из гомологов, связанных белковым компонентом – бивалент или тетрада.

Спирализация происходит во время стадии толстых нитей – пахитены. Здесь уже удвоение ДНК выполнено полностью, начинается кроссинговер. Это обмен участками гомологов. В результате формируются сцепленные гены с новой генетической информацией. Параллельно протекает транскрипция. Плотные участки ДНК – хромомеры активируются, что приводит к изменению структуры хромосом по типу «ламповых щеток».

Гомологичные хромосомы конденсируются, укорачиваются, расходятся (исключая точки соединения хиазмы). Это стадия в биологии диплотена или диктиотена. Хромосомы на данном этапе богаты РНК, которая синтезируется на этих же участках. По свойствам последняя близка к информационной.

Наконец, биваленты расходятся к периферии ядра. Последние укорачиваются, теряют ядрышки, становятся компактными, не связанными с ядерной оболочкой. Это процесс носит название диакинеза (перехода к делению клетки).

Метафаза I

Далее биваленты перемещаются к центральной оси клетки. От каждой центромеры отходят веретена деления, каждая центромера равноудалена от обоих полюсов. Небольшие по амплитуде движения нитей удерживают их в данном положении.

Анафаза I

Хромосомы, построенные из двух хроматид, расходятся. Происходит перекомбинация с уменьшением генетического разнообразия (в связи с отсутствием в наборе генов, расположенных в локусах (участках) гомологов).

Телофаза I

Суть фазы состоит в расхождении хроматид с их центромерами к противоположным участкам клетки. В животной клетке происходит цитоплазматическое деление, в растительной – образование клеточной стенки.

Второе деление

После интерфазы первого деления клетка готова ко второму этапу.

Профаза II

Чем длиннее телофаза, тем короче длительность профазы. Хроматиды выстраиваются вдоль клетки, образуя своими осями прямой угол относительно нитей первого мейотического деления. В эту стадию они укорачиваются и утолщаются, ядрышки подвергаются распаду.

Популярные статьи  Самые большие заливы Северного Ледовитого океана — список, характеристика и карта

Телофаза II

Деспирализация, растяжение образованных хромосом, исчезновение веретена деления, удвоение центриолей. Гаплоидное ядро окружается ядерной мембраной. Формируются четыре новые клетки.

Диплоидный и гаплоидный наборы хромосом

В соматических клетках любых растений и животных число хромосом обычно выражено четной цифрой, причем такой набор всегда содержит парные, идентичные по строению хромосомы. Это значит, что если в соматической клетке обнаружена какая-либо особенно крупная (или мелкая) хромосома, то в этой клетке должна быть вторая хромосома точно такого строения. Такие хромосомы, составляющие одну идентичную пару, называются гомологичными.

Исключением из этого правила являются половые хромосомы. Они могут быть представлены парой разных по своему строению хромосом, получивших название гетеромосом.

Парный набор хромосом в соматических клетках называется диплоидным и обозначается 2n. Из каждой пары гомологичных хромосом, имеющихся в ядрах соматических клеток, в половых клетках присутствует только одна. Поэтому в половых клетках число хромосом в 2 раза меньше, чем в соматических. Такой набор называется гаплоидным и обозначается n.

В гаплоидном наборе нет гомологичных хромосом и каждая хромосома отличается от остальных. Возникновение гаплоидных наборов хромосом происходит в процессе созревания половых клеток. При оплодотворении половые клетки сливаются и образуется зигота, в которой из двух гаплоидных наборов возникает один диплоидный (т.е. восстанавливается число хромосом, характерное для соматических клеток).

Отличие мейоза от митоза

  1. При митозе происходит только однократное деление, а при мейозе – двукратное.
  2. Митоз характерен для соматических клеток, а мейоз – для клеток половых.
  3. Митоз участвует в таких процессах, как рост и развитие любого живого организма. Мейоз отвечает за образование половых клеток.
  4. При делении митозом возникают две клетки диплоидные, а при делении мейозом возникают четыре клетки гаплоидные.
  5. В результате деления путем митоза новые клетки будут идентичны и генетически схожи с материнскими. При мейозе благодаря случайному расхождению хромосом и кроссинговеру дочерние клетки на генетическом уровне различны.

Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки

У многоклеточных организмов клетки подразделяются на два вида:

  1. соматические;
  2. половые.

Соматическими называют все клетки тела, которые образуются в результате митоза.

Для этих клеток характерным признаком является наличие постоянного числа хромосом. Для каждого вида организмов их количество строго определено. Человек имеет 23 пары хромосом. 

Набор хромосом соматических клеток называется диплоидным (двойным). 

Половые же клетки всегда содержат уменьшенный вдвое, гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Половые клетки также называются гаметами. 

Совокупность полного набора хромосом, присущая клеткам определённого биологического вида, отдельного организма или линии клеток называется кариотипом. 

Принято считать, что кариотип является видовой характеристикой. Но бывает и так, что он различается у особей одного вида. Пример этого отличающиеся друг от друга половые хромосомы мужских и женских организмов. У Y – хромосомы отсутствуют некоторые аллели (модификационные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках гомологичных хромосом), тогда как у Х – хромосомы они есть. Мужчины гетерогаметны, то есть несут и X –и  Y – хромосомы, в то время как женщины гомогаметны, так как их половой набор содержит только X – хромосомы.  Немаловажным фактором являются мутации, которые приводят к различным изменениям кариотипа

Важно отметить, что количество хромосом и уровень организации вида не имеют прямой зависимости. То есть, если вид имеет большое количество хромосом, это не говорит о его высокой организации

Кариотипы диплоидных клеток состоят из пар хромосом, названных гомологичными. Хромосомы одной пары называются гомологичными, они находятся в одинаковых локусах (местах расположения) и несут аллельные гены.  Одну из хромосом организм всегда получает от матери, другую от отца.

В ядрах некоторых соматических клеток количество хромосом может отличаться от их количества в соматических клетках. Встречаются полплоидные клетки, они содержат более одного гаплоидного набора хромосом и называются соответственно три-, тетраплоидные и т.д. Метаболические процессы в полиплоидных клетках протекают в разы интенсивнее. 

Хромосомы человека делятся на две группы: аутосомы (неполовые) и половые хромосомы, также называемые гетерохромосомами. В соматических клетках организма человека содержится 22 пары аутосом, которые являются одинаковыми и для мужчин и для женщин, половых же хромосом всего одна пара, эта пара и определяет пол особи. Различают два вида половых хромосом — X и Y. В половых клетках женщины содержится по две X-хромосомы, а в  половых клетках мужчин две различных хромосомы — X и Y. 

Смотри также:

  • Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот
  • Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Митоз – деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза. 
  • Развитие половых клеток у растений и животных. Деление клетки – основа роста, развития и размножения организмов. Роль мейоза и митоза

Фазы мейоза

Этот способ состоит из двух следующих друг за другом делений с короткой интерфазой между ними. Это приводит к тому, что из одной диплоидной  клетки формируются четыре клетки гаплоидные. Восстановление плоидности происходит в результате оплодотворения.

Непосредственно мейоз состоит из мейоза I и мейоза II. В очень короткой интерфазе между этими стадиями деления происходит удвоение ДНК. Далее происходит образование четырех дочерних клеток. Фазы мейоза I схожи с фазами, протекающими при митозе.

  1. Профаза I дольше всех остальных длится по времени, при ней хромосомы спирализуются и утолщаются. Возникает явление конъюгации хромосо. Оно заключается в соединении гемологичных хромосом друг с другом. Такие хромосомы идентичны друг другу по форме, строению и размерам. Структуры, которые образованы двумя соединенными хромосомами – это биваленты. Между хромосомами возникает процесс, названный кроссинговером, то есть обменом, в котором участвуют участки хромосом. Это приводит к возникновению обновленных генетических комбинаций. По окончании этой фазы ядерная оболочка должна разрушиться, а  веретено деления – сформироваться.
  1. При метафазе I биваленты находятся у клеточного экватора. Нити веретена начинают присоединяться к центромерам гомологичных хромосом.
  1. В анафазе I гомологичные хромосомы разъединяются к различным клеточным полюсам. Этому способствует сокращение нитей веретена деления. Распределяются хромосомы хаотичным образом из-за самопроизвольного крепления нитей веретена. У каждого клеточного полюса происходит формирование гаплоидного набора новой клетки.
  1. На стадии телофазы I хромосомы проходят процесс деспирализации. Затем появляются две дочерние клетки с двумя гаплоидными ядрами. К окончанию этой фазы количество хромосом уменьшатся вдвое.

Мейоз II, иди эквационное деление, имеет те же самые фазы:

  1. Во время профазы II должно восстановиться новое веретено деления, а оболочка  ядра должна разрушиться.
  1. Во время метафазы II хромосомы начинают присоединяться к нитям веретена деления и продолжают выстраиваться на его экваторе.
  1. При анафазе II хроматиды распределяются к полюсам клетки. На каждом полюсе появляется гаплоидный набор хромосом.
  1. Во время телофазы II образуется  ядерная оболочка вместе с ядрышками, разделяется  цитоплазма. Снова деспирализуются хромосомы.

Первый способ деления — митоз

Митоз («нить») – наиболее распространенный (непрямой) способ деления клеток по сравнению с мейозом. Его также называют кариокинезом, или непрямым делением. Митоз – способ деления ядер эукариотических клеток, при котором сохраняется постоянным число хромосом.

Популярные статьи  Трофические уровни: типы, значение, схемы и определение пищевой цепи

С помощью митоза делятся соматические клетки многоклеточных животных, кроме половых клеток.

При делении этим способом материнская клетка делится на дочерние клетки, которые не отличаются от нее генетически, то есть наследственной информацией.

Процесс деления клетки с помощью митоза называют митотическим.  Клеточный цикл состоит из митотического цикла и периода покоя. Митотический цикл состоит из интерфазы и митотического деления.

Гаплоидные клетки: процесс образование и количество хромосомThe study made the unexpected finding that in certain forms of replication stress, an active checkpoint actually allows cells to divide, causing worse damage than if it were missing entirely, said USC expert Susan Forsberg. (Illustration/iStock)

Интрефаза длится по времени намного дольше по сравнению с митотическим делением. Во время этой стадии происходит рост клетки, синтез белка и органических веществ, а также накопление веществ, необходимых для деления клетки. Интерфаза может длиться от нескольких минут до нескольких дней. Она состоит из 3 фаз:

  • пресинтетической, или фазы начального роста;
  • синтетической;
  • постсинтетической, во время которой клетка готовится к митотическому делению.

В целом процесс митотического деления длится от нескольких минут до нескольких  часов в зависимости от вида живого организма. Правильное протекание митоза возможно без внешнего вредного воздействия, например, излучения рентгена, попадания этилового спирта. Неблагоприятные факторы могут привести к нарушениям в процессе распределения хромосом или даже полной гибели клетки.

Нарушения плоидности у человека

У человека большая часть клеток диплоидны. Гаплоидны только зрелые половые клетки (гаметы). Другие варианты плоидности — несут лишь отрицательное воздействие.

Примеры анеуплоидии у человека: синдром Дауна (21-я хромосома представлена тремя копиями), синдром Кляйнфельтера — избыточная X хромосома (XXY), синдром Тернера — отсутствие одной из половых хромосом (X0). Описаны также примеры утроения X хромосомы и некоторые другие аномалии.

Примерами полиплоидии являются абортивные триплоидные зародыши и триплоидные новорождённые (срок их жизни при этом не превышает нескольких дней), а также диплоидно-триплоидные мозаики.

Правило постоянства и преемственности (непрерывности) числа хромосом

Каждый вид растений и животных в норме имеет строго определенное и постоянное число хромосом, которые могут различаться по размерам и форме. Поэтому можно сказать, что число хромосом и их морфологические особенности являются характерным признаком для данного вида. Эта особенность известна как правило постоянства числа хромосом.

Число хромосом не зависит от уровня развития филогенетического родства — оно может быть одинаковым у далеких друг от друга видов и резко отличается у близких. Например, у водоросли спирогиры и у сосны имеется по 24 хромосомы, у человека — 46, а у гориллы — 48.

В последовательных поколениях клеток одного вида организмов сохраняются не только постоянное число хромосом, но и их индивидуальные особенности. Это происходит вследствие того, что каждая хромосома при делении клетки воспроизводит себе подобную (авторепродукция). В этом выражается правило преемственности (непрерывности) хромосом.

Полиплоидия у растений

Термин полиплоидия был предложен в 1916 году немецким ученым Винклером, изучавшим образцы аномальных (химерных) тканей у паслена.

Естественная полиплоидность в природе распространена достаточно широко. До 75% арктический флоры – полиплоиды, так же велик процент полиплоидов в пустынных и высокогорных регионах, где выживают растения, устойчивые к экстремальным условиям обитания.

Человеком полиплоидия используется издавна. Сначала просто размножали самые крупные экземпляры, дающие много зерна или же хорошие плоды. С развитием генетики выяснилось, что такие гиганты – отобранные природные полиплоиды. В настоящее время на основе искусственной автополиплоидии синтезированы высокоурожайные формы и сорта пшеницы, ржи, гречихи, кукурузы, картофеля, хлопчатника, сахарной свеклы, сахарного тростника и других культурных растений. Растения-полиплоиды как правило характеризуются более крупными размерами, повышенным содержанием ряда веществ, устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды, отличными от исходных форм сроками цветения и плодоношения. Искусственная полиплоидия вызывается ядами, разрушающими веретено деления, такими как алкалоид колхицин.

Аллополиплоидия (межвидовое скрещивание) обычно возникает от удвоения хромосом гибрида двух видов, что приводит к его плодовитости (амфиплоидия). Пример природной аллополиплоидии – алыча, гибрид терна и дикой сливы, полученный тысячелетия назад в результате естественной гибридизации. Искусственный гибрид получен в 1928 году русским цитогенетиком Карпеченко, который скрестил редьку с капустой. Полученый «амфидиплоид» получил научное название Paphanobrassica. У этого растения листья были как у редьки, а корни напоминали капустные. Хотя экономической ценностью полученный гибрид не обладает, зато позиционируется эволюционистами в качестве доказательства реальности биологической эволюции. В этом случае стоит отметить, что Paphanobrassica имела признаки обеих видов-прародителей, но не обладало принципиально новыми признаками, которые бы указывали на возможность прогрессивных макроэволюционных изменений.

Мейоз I

Профаза I

Обычно это самая длинная и сложная фаза мейоза. Протекает намного дольше, чем при митозе. Связано это с тем, что в это время гомологичные хромосомы сближаются и обмениваются участками ДНК (происходят конъюгация и кроссинговер).

Конъюгация — процесс сцепления гомологичных хромосом. Кроссинговер — обмен идентичными участками между гомологичными хромосомами. Несестринские хроматиды гомологичных хромосом могут обменяться равнозначными участками. В местах, где происходит такой обмен формируется так называемая хиазма.

Спаренные гомологичные хромосомы называются бивалентами, или тетрадами. Связь сохраняется до анафазы I и обеспечивается центромерами между сестринскими хроматидами и хиазмами между несестринскими.

В профазе происходит спирализация хромосом, так что к концу фазы хромосомы приобретают характерную для них форму и размеры.

На более поздних этапах профазы I ядерная оболочка распадается на везикулы, ядрышки исчезают. Начинает формироваться мейотическое веретено деления. Образуются три вида микротрубочек веретена. Одни прикрепляются к кинетохорам, другие — к трубочкам, нарастающим с противоположного полюса (конструкция выполняет функцию распорок). Третьи формируют звезчатую структуру и прикрепляются к мембранному скелету, выполняя функцию опоры.

Центросомы с центриолями расходятся к полюсам. Микротрубочки внедряются в область бывшего ядра, прикрепляются к кинетохорам, находящимся в области центромер хромосом. При этом кинетохоры сестринских хроматид сливаются и действуют единым целым, что позволяет хроматидам одной хромосомы не разъединяться и в дальнейшем вместе отойти к одному из полюсов клетки.

Метафаза I

Окончательно формируется веретено деления. Пары гомологичных хромосом располагаются в плоскости экватора. Они выстраиваются друг против друга по экватору клетки так, что экваториальная плоскость оказывается между парами гомологичных хромосом.

Анафаза I

Гомологичные хромосомы разъединяются и расходятся к разным полюсам клетки. Из-за произошедшего в профазу кроссинговера их хроматиды уже не идентичны друг другу.

Телофаза I

Восстанавливаются ядра. Хромосомы деспирализуются в тонкий хроматин. Клетка делится надвое. У животных впячиванием мембраны. У растений образуется клеточная стенка.

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий