Jeder weiß, dass bei der sexuellen Fortpflanzung durch die Verschmelzung zweier Gameten (Geschlechtszellen) ein neuer Organismus entsteht. Die Gametogenese oder die Bildung generativer Zellen erfolgt durch eine bestimmte Teilung, die Meiose genannt wird. Was die Essenz dieses Prozesses ist, was seine Phasen sind, werden wir in diesem Artikel erzählen.
Ein bisschen Allgemeinwissen
Für die meisten heterosexuellen Organismen auf unserem Planeten ist die sexuelle Fortpflanzung charakteristisch. In diesem Fall haben die Gameten einen halben Chromosomensatz, der als haploid (n) bezeichnet wird. Als Ergebnis der Verschmelzung von Gameten wird eine Zygote gebildet, in der die Diploidie wiederhergestellt wird, und der Chromosomensatz wird als 2n bezeichnet, was (kurz) die Essenz der Meiose ist.
Zum Beispiel hat Drosophila (Fruchtfliege) nur 4 Chromosomen - das ist ein diploider Satz. Gameten in ihrem Kern haben nur 2 Chromosomen. Beim Menschen gibt es in jeder Zelle im Kern 46 Chromosomen und in den Gameten (Ei und Sperma) jeweils 23.
AberDie Wiederherstellung der Diploidie während der sexuellen Fortpflanzung ist nur ein kleiner Teil dessen, was die Essenz der Meiose ausmacht.
Chromosomen und Chromatiden
Um das folgende Material zu verstehen, ist es wichtig, den Unterschied zwischen den beiden zu verstehen.
Chromosomen (die Bezeichnung n wird verwendet) werden als Träger des genetischen Materials bezeichnet, aber es handelt sich einfach um DNA-Moleküle (Desoxyribonukleinsäure), die mehrfach spiralisiert sind und sich im Kern von Eukaryotenzellen befinden (mit einem Kern mit einer Membranhülle) Organismen. In der Form, wie wir sie aus Lehrbüchern und Nachschlagewerken gewohnt sind (das Foto oben zeigt menschliche Chromosomen), machen sie sich erst in der Interphase, vor der Zellteilung, bemerkbar, wenn sie sich bereits verdoppelt haben.
Aber die Chromatiden (mit bezeichnet) - das ist nur der strukturelle Teil des Chromosoms, der in der Interphase vor der Zellteilung bereits den Prozess der Replikation (Verdopplung) durchlaufen hat. Ein Chromatid ist eine von zwei DNA-Kopien, die in diesem Moment durch eine spezielle Verengung (Zentromer) verbunden sind.
Solange zwei Chromatiden durch ein Zentromer verbunden sind, nennt man sie Schwesterchromatiden. Und nur während der sexuellen Teilung der Zellen (Meiose) trennen sie sich und stellen unabhängige Einheiten des Erbguts dar, und wenn es zu einer Überkreuzung zwischen ihnen kam (dazu später mehr), dann wurden sie in der Gensequenz verändert.
Alle Chromosomen unterscheiden sich in Form und Größe innerhalb eines homologen (identischen) Paares. Der gesamte Chromosomensatz in Zellen derselben Art wird als Karyotyp bezeichnet. Beim Menschen besteht der Karyotyp also aus 46 Chromosomen,davon sind 22 Paare homolog oder Autosomen und 23 Paare sind Geschlechtschromosomen (X und Y). In menschlichen Gameten (Sperma und Ei) gibt es einen halben (haploiden) Chromosomensatz – 23 Autosomen und 1 Geschlechtschromosom (X oder Y).
Nur die Meiose liefert einen solchen Satz an Gameten.
Spezielle Zellteilung
Spezifische Teilung mit Bildung von Keimzellen - Meiose (vom griechischen Wort Μείωσις, was Reduktion bedeutet) ist eine Reihe von zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen, wodurch sich der Zellkern zweimal und die Chromosomen nur einmal teilen. Aus diesem Grund kommt es zu einer Verringerung (Reduktion) des Chromosomensatzes in Gameten um die Hälfte, was bei ihrer Verschmelzung die Diploidie der Zygote wiederherstellt. Das ist seine biologische Bedeutung.
Die Meiose (ihre Phasen) läuft in allen lebenden Organismen auf die gleiche Weise ab:
- Die erste Teilung (Reduktion), nach der sich die Anzahl der Chromosomen halbiert.
- Die zweite Teilung (Gleichung) erfolgt als einfache Teilung (Mitose). Es wird auch Leveln genannt.
Erste meiotische Teilung
Während der Vorbereitung einer Zelle auf die Teilung (Interphase) im Zellkern verdoppelt sich die Zahl der Chromosomen (es sind 4 n), was typisch für Zellen ist, die sich durch einfache Teilung (Mitose) teilen. In den Zellen der Vorläufer von Gameten (beim Menschen Spermatozyten und Oozyten) findet eine solche Verdopplung in der Interphase nicht statt, und die Zelle beginnt die Meiose mit einem Satz von 2n Chromosomen und geht durchdie folgenden Schritte:
- Prophase I. In diesem Stadium werden die Chromosomen dichter und näher beieinander. Es findet eine Konjugation (Adhäsion) homologer Chromosomen (ein Paar) statt, während der eine Überkreuzung stattfindet. Dieser Prozess ist nur für die Meiose charakteristisch (was die Essenz ist, werden wir weiter unten beschreiben). Dann werden die Chromosomen getrennt, die Hülle des Zellkerns zerstört und die Teilungsspindel beginnt sich zu bilden.
- Metaphase I. Die Spindelfasern heften sich an die Zentromere der Chromosomen, und sie selbst liegen entlang des Teilungsäquators einander gegenüber und nicht entlang derselben Linie (wie bei der Mitose).
- Anaphase I. Spindelfäden dehnen die Chromosomen zu den Polen. Kurz gesagt, die Bedeutung und Essenz der Meiose liegt in dieser Phase der Teilung – die Pole haben n Chromosomen.
- Telophase I. In diesem Stadium werden Kernhüllen gebildet. Bei Tieren und einigen Pflanzen erfolgt eine weitere Teilung des Zytoplasmas und es werden zwei Tochterzellen gebildet.
Die gebildeten Zellen treten in die Interphase ein, die entweder sehr kurz ist oder fehlt.
Zweite meiotische Teilung
Meiose II hat die gleichen Phasen:
- Prophase II. Chromosomen werden dichter, Kernmembranen verschwinden und die Sp altspindel beginnt zu erscheinen (Foto oben).
- Während der Metaphase II setzt sich die Bildung der Spindel fort und die Chromosomen befinden sich entlang des Teilungsäquators.
- Anaphase II. Chromosomen werden bis zu den Polen der Zelle gestreckt (Foto unten).
- Telophase II. Kernmembranen werden gebildet, das Zytoplasma wird dazwischen geteiltzwei Zellen.
Bei dieser Teilung ändert sich die Anzahl der Chromosomen nicht, sondern sie bestehen jeweils nur aus einem Chromatid (Struktureinheit). Das ist die Essenz der Meiose II. Zellen werden mit einem haploiden Chromosomensatz in jedem (n) gebildet.
Biologische Bedeutung der Meiose
Was es ist, ist schon klar geworden:
- Die Meiose ist ein perfekter Mechanismus, der die Konstanz des Karyotyps (Anzahl der Chromosomen) einer Art sicherstellt, der der sexuellen Fortpflanzung innewohnt.
- Aufgrund von zwei aufeinanderfolgenden Teilungen der Meiose wird die Anzahl der Chromosomen in Gameten haploid und es wird logisch, die Diploidie wiederherzustellen, wenn sie mit der Bildung einer Zygote mit dem ursprünglichen diploiden Karyotyp verschmelzen (befruchten).
- Es ist die Meiose, die den Organismen eine solche Eigenschaft wie Variabilität verleiht. In der Prophase I - aufgrund des Crossing Over und in der Anaphase I - aufgrund der Tatsache, dass homologe Chromosomen mit unterschiedlichen Genen in verschiedenen Gameten landen können.
Was ist Crossover
Kehren wir zur Prophase I der Meiose zurück. In diesem Moment, wenn sich die homologen Chromosomen angenähert haben und fast zusammenkleben, kann ein Austausch zwischen ihnen an beliebigen Stellen stattfinden. Es ist dieser Austausch, der als Crossing Over bezeichnet wird, was wörtlich übersetzt aus dem Englischen (Crossing Over) Kreuzung oder Kreuzung bedeutet.
Mit anderen Worten, ein Teil eines Chromosoms kann die Plätze mit dem gleichen Teil eines anderen Chromosoms desselben Paars tauschen. Dieser Mechanismus sorgt für rekombinative genetische Variabilität von Organismen. MischenGene führt zu einer erhöhten Biodiversität innerhalb einer einzigen Art.
Lebenszyklus und Meiose
Je nachdem, in welchem Stadium des Lebenszyklus die Meiose auftritt, gibt es in der Biologie drei Arten von Meiose:
- Initial (Zygote) tritt unmittelbar nach der Befruchtung in der Zygote auf. Diese Art der Meiose ist typisch für Organismen, bei denen die haploide Phase im Lebenszyklus vorherrscht. Dies sind Pilze (Ascomycetes und Basidomycetes), einige Algen (Chlamydomonas), Protozoen (Sporozoa).
- Intermediäre (Sporen-)Meiose tritt während der Bildung von Sporen in Organismen mit einem gleichmäßigen Wechsel von diploiden und haploiden Formen auf. Dies sind höhere Sporen (Moose, Bärlappe, Schachtelhalme, Farne), Gymnospermen und Angiospermen. Bei Tieren ist diese Art der Meiose charakteristisch für marine Protozoen Foraminiferen.
- Die endgültige (gametische) Meiose ist allen vielzelligen Tieren, Fucus-Algen und einigen Protozoen (Ciliaten) eigen. Bei diesen Organismen überwiegt im Lebenszyklus die diploide Phase, und nur Gameten haben einen haploiden Chromosomensatz.
Zusammenfassen
Die Schüler lernen die Essenz der Meiose in der 6. Klasse kennen, wenn sie Protozoen, Algen studieren und zum Studium der Pflanzenbiologie übergehen. Dieses Schlüsselkonzept der allgemeinen Biologie und der Bildungsmechanismen von Keimzellen (Gameten) ermöglicht es uns, die Gemeinsamkeiten allen Lebens auf unserem Planeten zu verstehen, die verschiedenen Lebenszyklen von Pflanzen und Tieren zu verstehen.
Außerdem sollten wir Meiose seinsind dankbar für die innerartliche Vielf alt der biologischen Art Homo sapiens. Während des Biologiestudiums in den nachfolgenden Klassen lernen die Schüler weiterhin die Phasen der Geschlechtsteilung und beim Kennenlernen der Genetik die Gesetze der Vererbung und Variabilität kennen.
Das Studium der Mechanismen verschiedener Zellteilungen ermöglicht es uns, die Einzigartigkeit und Zweckmäßigkeit der Naturgesetze zu verstehen, die sich in Milliarden von Jahren der Evolution auf einem einzigen Planeten des Sonnensystems gebildet haben. Und wir hatten das Glück, darauf geboren zu sein.
