diapazon-plus.ru
Редукция в биологии – это один из главных процессов, происходящих в мейозе, или делении половых клеток. Под редукцией понимается процесс уменьшения числа хромосом в половых клетках в два раза по сравнению с клетками тела. Данный процесс играет важную роль в генетике и эволюции, поскольку обеспечивает генетическое разнообразие и возможность смешивания генов.
Основные принципы редукции в мейозе:
1. Первая редукционная деление (мейоз I): в этой фазе происходит сокращение числа хромосом в половых клетках. В процессе мейоза I каждая хромосома разделяется пополам и отделяется от второй хромосомы своей пары. В результате образуются две новые клетки с половинным набором хромосом.
2. Вторая редукционная деление (мейоз II): после первой редукционной деления половые клетки проходят вторую редукцию, в результате которой образуются окончательные половые клетки – с яйцеклетками у женщин или сперматозоидами у мужчин. В этой фазе две новые клетки делятся еще раз, но не дублируя хромосомы. В итоге образуются четыре новые клетки, каждая содержит половину числа хромосом.
Редукция в мейозе является сложным процессом, контролируемым генами и ферментами. Она позволяет формировать половые клетки с правильным числом хромосом, а также обеспечивает условия для комбинирования генов от обоих родителей и возникновения генетического разнообразия. Это принципиально важно для живых организмов, поскольку обеспечивает их способность к выживанию и размножению в различных условиях окружающей среды.
Этапы редукции в мейозе
Редукция в мейозе происходит через два последовательных этапа: мейоз I и мейоз II.
Мейоз I начинается после дублирования хромосом, и в этом этапе происходит срезание хромосомного материала по гомологичным хромосомам. Этот процесс называется срещиванием. Гомологичные хромосомы образуют пары, называемые бивалентами, и проводятся перекрестные обмены генетическим материалом между ними. Это создает новые комбинации генов и способствует генетическому разнообразию.
После срещивания происходит расходование бивалентов и разделение хромосом на каждую дочернюю клетку. Этот процесс называется цитокинезом I. В результате мейоза I образуется две дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом, содержащих только одну копию каждой хромосомы.
Мейоз II связан с дальнейшим делением дочерних клеток, которые уже содержат только одну копию каждой хромосомы. В процессе мейоза II каждая дочерняя клетка делится на две новые гаплоидные клетки. Этот процесс также включает перекрестные обмены генетическим материалом между сестринскими хроматидами.
В результате мейоза II образуется четыре гаметы, каждая из которых содержит половину нормального набора хромосом. Этапы редукции в мейозе играют важную роль в сохранении генетического разнообразия популяции и обеспечении стабильности хромосомного набора в гаплоидных клетках.
Первый этап: профаза I
Лептотен — первый подэтап профазы I. Во время лептотена, хромосомы становятся видимыми под микроскопом. Они сгущаются и начинают образовывать пары, основываясь на сходстве центромерных регионов.
Зиготен — второй подэтап профазы I. Во время зиготена, хромосомы продолжают сгущаться, и пары хромосом, называемые тетрадами, полностью формируются. Два хромосомных центромера с каждой пары соединяются и формируют комлексы, называемые кроссинговерами.
Пахитен — третий подэтап профазы I. На этом этапе хромосомы становятся еще более сгущенными и заметными. Кроссинговеры становятся более заметными и протяженными. Обмен генетическим материалом между парными хромосомами происходит в процессе кроссинговера. Это способствует генетическому разнообразию потомства.
Диплотен — четвертый подэтап профазы I. На этапе диплотена заметным становится явление называется расщепление хромосомы (бивалент). Хромосомы становятся менее плотными, и кроссинговеры становятся еще более видимыми.
Диакинез — пятый и последний подэтап профазы I. Во время диакинеза, хромосомы становятся столь плотными, что они становятся видными как индивидуальные хромосомы. Завершается перекрестное смешение генов и образуются гомологичные хромосомы. Ядра оболочка и ядрышко распадаются, и центросомы перемещаются в противоположные полюса клетки.
Второй этап: метафаза I
Процесс выравнивания начинается с формирования мейотического спиндля, который состоит из микротрубочек и белковых нитей. Спиндл образует полюса и контрмеры для хромосом, после чего хромосомы становятся прикрепленными к микротрубочкам.
В метафазе I хромосомы располагаются на плоскости метафазного диска в случайном порядке. При этом каждая гомологичная пара хромосом располагается рядом, формируя бивалентные хромосомы или тетрады.
- Бивалентная хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединенных по центромере, и соответствующих гомологичных хромосом.
- Тетрада образуется только в период синапсиса, когда хромосомы гомологичной пары сцепляются вдоль всей их длины, формируя кроссинговеры или перекрестные обмены.
В метафазе I происходит точная укомплектация гомологичных хромосом и прикрепление их к метафазному диску. Этот этап редукции является важным, так как распределение гомологичных хромосом между двумя дочерними клетками будет определять их генетический состав.
Третий этап: анафаза I
Под влиянием деления микротрубок, хромосомы начинают двигаться по направлению к противоположным концам клетки. Между полюсами образуется ядерный мостик. В то же время, повторное разделение гомологичных хромосом не происходит, потому что две хроматиды, составляющие каждую хромосому, остаются обособленными до конца мейоза.
Процесс перемещения хромосом продолжается до тех пор, пока они не достигнут противоположных полюсов клетки. После завершения анафазы I начинается цитокинез — деление цитоплазмы. Этот процесс приводит к разделению клетки на два гаплоидных дочерних ядра.
Анафаза I является критическим этапом редукции, поскольку гомологичные хромосомы отделяются друг от друга и перемещаются к противоположным полюсам клетки. Это важно для формирования генетического разнообразия и создания новых комбинаций генов в следующем поколении.
Четвертый этап: телофаза I
В телофазе I хромосомы, состоящие из двух хроматид, снова конденсируются и начинают располагаться в два отдельных ядра. Разделяющая клетку мембрана, называемая клеточной пластинкой, проникает в центр клетки, разделяя ее на две части.
Когда клеточная пластинка полностью разделяет клетку на две, начинается цитокинез – процесс деления цитоплазмы. В результате цитокинеза образуются две отдельные клетки, содержащие одну набор хромосом.
Телофаза I является важным этапом мейоза, так как обеспечивает формирование гаплоидных клеток – клеток с половинным набором генетической информации, необходимых для последующего образования половых клеток.
Пятый этап: цитокинез I
Во время цитокинеза I, цитоплазма клетки сжимается и сокращается, образуя специальные структуры, называемые центросомами, которые помогают в делении клетки. После этого, цитоплазма окружает центросомы и разделяет их между двумя дочерними клетками.
Цитокинез I является важным этапом мейоза, так как в результате этого процесса образуются две дочерние клетки, каждая из которых содержит половину генетического материала и имеет потенциал для дальнейшей дифференциации и образования сперматозоидов или яйцеклеток.