5.2 Мейоз та гаметогенез
Статеве розмноження вимагає запліднення, об'єднання двох клітин від двох окремих організмів. Якщо ці дві клітини містять по одному набору хромосом, то отримана клітина містить два набори хромосом. Кількість наборів хромосом у клітині називається рівнем її плаїдності. Гаплоїдні клітини містять один набір хромосом. Клітини, що містять два набори хромосом, називаються диплоїдними. Якщо репродуктивний цикл триватиме, диплоїдна клітина повинна якось зменшити кількість наборів хромосом, перш ніж запліднення може відбутися знову, інакше кількість наборів хромосом у кожному поколінні буде постійно подвоюватися. Отже, крім запліднення, статеве розмноження включає ядерний поділ, відомий як мейоз, що зменшує кількість хромосомних наборів. Мейоз виникає під час процесу гаметогенезу, тобто продукування гамет (ооцитів і сперми).
Фігура 1 показує a каріотип чоловічої статі людини. Каріотип - це зображення, отримане шляхом упорядкування зображень кожної хромосоми в клітині в систематичні пари. Як бачите, загалом існує 23 пари хромосом, і 22 з них містять відповідні пари однакового розміру з подібними смугами, що вказує на те, що клітини кожної пари містять однакові гени. Кожну з цих 22 пар називають гомологічними парами, і пари нумерують у порядку розміру, причому дві копії хромосоми 1 є найбільшими. Кінцева пара хромосом не відповідає ні розміру, ні зразкам смуг; це статеві хромосоми і називаються Х-хромосомою та Y-хромосомою. У більшості клітин людини є 22 збігаються пари хромосом і 1 пара статевих хромосом. Майже всі чоловіки мають одну Х статеву хромосому і 1 Y статеву хромосому, а майже всі жінки мають 2 Х статеві хромосоми в кожній клітині. Гамети унікальні тим, що мають половину хромосом інших клітин: лише одна статева хромосома і лише 22 інші хромосоми, а не 22 пари.
Більшість тварин і рослин диплоїдні, містять два набори хромосом; в кожному соматична клітина (нерепродуктивні клітини багатоклітинного організму), ядро містить дві копії кожної хромосоми, які називаються гомологічними хромосомами. Соматичні клітини іноді називають клітинами “тіла”. Гомологічні хромосоми - це відповідні пари, що містять гени однакових ознак в однакових місцях вздовж їх довжини. Диплоїдні організми успадковують по одній копії кожної гомологічної хромосоми від кожного з батьків; всі разом вони вважаються повним набором хромосом. У тварин гаплоїдні клітини, що містять по одній копії кожної гомологічної хромосоми, знаходяться лише в гаметах. Гамети зливаються з іншою гаплоїдною гаметою, утворюючи диплоїдну клітину.
Міжфазна
Мейозу передує стадія, яка називається інтерфазою. На цій стадії ДНК хромосом реплікується, так що кожна клітина містить дві копії кожної хроматиди. Це означає, що в клітині людини обидві копії хромосоми 1 копіюються для отримання 4 хроматид, обидві копії хромосоми 2 копіюються для отримання 4 хроматид тощо. Клітина також росте і виробляє достатню кількість ферментів та структур, необхідних для мейозу в цей міжфазний період.
Мейоз I
На початку мейозу I хромосоми можна чітко бачити мікроскопічно. Коли ядерна оболонка починає руйнуватися, білки, пов’язані з гомологічними хромосомами, зближують пару між собою. Тепер гомологічні хромосоми розташовуються в центрі клітини, кінці кожної пари гомологічних хромосом звернені до протилежних полюсів. Орієнтація кожної пари гомологічних хромосом у центрі клітини є випадковою.
Ця випадковість, що називається незалежним асортиментом, є фізичною основою для генерації другої форми генетичних змін у потомства. Вважайте, що гомологічні хромосоми людини спочатку успадковуються як два окремі набори, по одному від кожного з батьків. Один набір з 23 хромосом присутній в яйцеклітині, подарованій матір’ю. Батько забезпечує інший набір з 23 хромосом у спермі, що запліднює яйцеклітину. Ці пари розташовуються в середній точці між двома полюсами клітини, і їх розташування щодо двох полюсів є випадковим. Будь-яка спадкова від матері хромосома може зіткнутися з будь-яким полюсом. Будь-яка спадкова по батькові хромосома також може зіткнутися з будь-яким полюсом. Орієнтація кожної пари не залежить від орієнтації інших 22 пар.
У кожній клітині, яка зазнає мейозу, розташування хромосом різне. Є дві можливості орієнтації (для кожної пари); таким чином, можлива кількість вирівнювань дорівнює 2 n, де n - кількість хромосом в наборі. Люди мають 23 пари хромосом, що дає понад вісім мільйонів (22) можливостей. Інші механізми, не обговорювані в цьому класі, можуть також збільшити варіацію в кожній продукованій клітині. Враховуючи як незалежний асортимент, так і ці інші механізми, малоймовірно, що будь-які дві гаплоїдні клітини, отримані в результаті мейозу, матимуть однаковий генетичний склад.
Далі білкові волокна в клітині розривають зв’язані хромосоми. Волокна тягнуть хромосому до протилежних полюсів клітини. На кожному полюсі є лише один член кожної пари гомологічних хромосом, тому присутній лише один повний набір хромосом. Ось чому клітини вважаються гаплоїдними - існує лише один набір хромосом, хоча є дублікати копій набору, оскільки кожен гомолог все ще складається з двох „сестер: хроматид, які все ще приєднані одна до одної. Зараз відбувається цитокінез, де клітинна мембрана відщипується в центрі клітини, щоб розділити її на дві, розщеплюючи кожну клітину на дві клітини, що містять один повний набір хромосом.