Meioză
Meioza este un tip special de diviziune celulară. Spre deosebire de mitoză, modul în care se împart celulele normale ale corpului, meioza are ca rezultat celule care au doar jumătate din numărul obișnuit de cromozomi, câte unul din fiecare pereche. Din acest motiv, meioza este adesea numită diviziune de reducere. Pe termen lung, meioza crește variația genetică, într-un mod care va fi explicat mai târziu.
Reproducerea sexuală are loc atunci când un spermatozoid fertilizează un ovul. Ovulele și spermatozoizii sunt celule speciale numite gameți, sau celule sexuale. Gameții sunt haploizi; ei au doar jumătate din numărul de cromozomi față de o celulă normală a corpului (numită celulă somatică). Fertilizarea restabilește numărul de cromozomi din celulele corpului la cel diploid.
Numărul de bază al cromozomilor din celulele corpului unei specii se numește număr somatic și se numește 2n. La oameni, 2n = 46: avem 46 de cromozomi. În celulele sexuale, numărul de cromozomi este n (oameni: n = 23). Așadar, la organismele diploide normale, cromozomii sunt prezenți în două exemplare, câte unul de la fiecare părinte (23x2=46). Singura excepție o reprezintă cromozomii sexuali. La mamifere, femela are doi cromozomi X, iar masculul un cromozom X și un cromozom Y.
Cariotipul este numărul de cromozomi caracteristic unei specii eucariote. Pregătirea și studierea cariotipurilor face parte din citogenetică, adică din genetica celulelor.
Toate eucariotele care se reproduc pe cale sexuală folosesc meioza. Printre acestea se numără și multe organisme unicelulare. Meioza nu are loc la archaea sau la bacterii, care se reproduc prin procese asexuate, cum ar fi fisiunea binară.
Crossing over are loc între cromatidele cromozomilor omologi.
Meioza ca parte a reproducerii sexuale
Semnificația fertilizării
Descendentul primește un set de cromozomi de la fiecare părinte, astfel încât, în total, jumătate din ereditatea sa provine de la fiecare părinte. Dar cele două seturi de cromozomi nu sunt identice cu cromozomii părinților. Acest lucru se datorează faptului că acestea sunt modificate în timpul diviziunii de reducere printr-un proces numit crossing-over.
Semnificația meiozei
Acest lucru are două aspecte:
1. În primul rând, pentru a reduce cromozomii din fiecare ovul sau spermatozoid la un singur set.
Cei doi cromozomi dintr-o pereche nu sunt identici, deoarece la un anumit locus de pe cromozomi pot exista alele (forme ale genei) diferite pe cei doi cromozomi. Gândiți-vă la fiecare pereche de cromozomi, câte un set de la fiecare părinte. Din fiecare pereche, doar unul intră în fiecare gameți. Așadar, în primul rând, gameții sunt diferiți, deoarece din fiecare pereche gameții pot avea cromozomul tatălui sau al mamei. Acest lucru se numește "sortiment independent".
2. Pentru a permite ca crossing-over-ul să aibă loc între fiecare pereche de cromozomi parentali. Crossing-over-ul schimbă alelele care se află pe un anumit cromozom.
Așadar, deși sunt descriși ca fiind cromozomii "mamei" și "tatălui", în practică cromozomii gameților nu sunt toți la fel ca și cromozomii părinților. Acest lucru se datorează faptului că în procesul de meioză au fost schimbate părți din cromozomi.
Deși gameții au un singur set de cromozomi, acel set este un amestec amestecat de material genetic de la ambii părinți. Fiecare ovul sau spermatozoid poate avea o selecție diferită de alele de la cromozomii parentali.
La fel ca și în cazul amestecării unui pachet de cărți, se pot produce multe combinații diferite de gene fără o schimbare (mutație) în orice genă individuală. Cu toate acestea, apar mutații, iar acestea pot adăuga alele care nu se aflau anterior în populație. În orice caz, amestecarea crește varietatea descendenților, iar varietatea oferă cel puțin unora dintre aceștia o șansă mai bună de a supraviețui în vremuri dificile. Amestecul de alele care are loc în meioză poate fi motivul pentru care există reproducerea sexuală.
"Nu este greu să ne gândim la motive pentru care populațiile sexuale ar trebui să aibă avantaje pe termen lung față de cele asexuate. Ele pot evolua mai rapid pentru a face față circumstanțelor în schimbare..."
Cazuri speciale
Partenogeneza ciclică
Mai mulți taxoni (grupuri de organisme) destul de mari folosesc partenogeneza ciclică. Aceasta este atunci când mai multe generații se nasc prin naștere virgină, iar apoi apare o generație cu reproducere sexuală normală. Printre exemple se numără afidele și cladocerii (crustacee mici numite purici de apă). Afidele funcționează de obicei după cum urmează: atunci când vremea este bună, iar gazdele lor vegetale sunt în cea mai bună formă, ele folosesc partenogeneza. La sfârșitul sezonului, când vremea se înrăutățește, aceștia folosesc reproducerea sexuată. Acest sistem de reproducere se numește apogamie.
În partenogeneză, ovulele conțin doar materialul genetic al mamei și nu sunt fertilizate. Ovulele pot fi produse fie prin meioză, fie prin mitoză. Atunci când are loc meioza, crossing-over-ul produce o amprentă genetică care diferă oarecum de cea a mamei. Așadar, puii partenogenetici ai licuricilor nu sunt identici și prezintă o oarecare variație genetică: unele segmente cromozomiale diferă din cauza meiozei. Mitoza ar produce urmași identici.
Printre acești taxoni partenogenetici se numără un număr de specii care au abandonat complet sexul.
Pierderea sexualității
Câteva organisme eucariote au pierdut complet capacitatea de reproducere sexuală și, prin urmare, nu au meioză. Printre acestea se numără rotifereleBdelloid, care se reproduc numai prin partenogeneză.
Detalii despre meioză
Meioza poate fi împărțită în meioză I și meioză II.
Meioza I
Funcția primei diviziuni este de a permite trecerea dincolo. La fel ca și mitoza, meioza include profaza, metafaza, anafaza și telofaza.
Profaza I
Cromozomii devin vizibili, învelișul nuclear dispare, iar centriolii (în partea superioară și inferioară a nucleului) încep să formeze fibre fusiforme care învelesc cromozomii.
În acest stadiu, fiecare cromozom este împărțit în două cromatide surori, ținute împreună de centromeri. Cromozomii împerecheați au acum patru cromatide (2 seturi de "surori") presate împreună. Între două dintre cromatidele care nu sunt surori are loc încrucișarea; celelalte două rămân necrucișate. Încrucișarea are ca rezultat schimbul de segmente din fiecare dintre cromatidele participante, ADN și proteina cromatină asociată. Din punct de vedere genetic, procesul se numește recombinare.
Metafaza I
Cromozomii se aliniază de-a lungul liniei ecuatoriale (linia centrală) a fibrelor fusiforme în perechi omoloage.
Anafaza I
Cromozomii sunt împărțiți astfel încât să existe cantități egale pe fiecare parte a celulei. Întrucât într-o celulă umană există 46 de cromozomi, 23 se află pe fiecare parte.
(Are loc citocineza, adică diviziunea celulelor în două. Celula se divide.)
Telofaza I
Cele două celule fiice sunt complet divizate, se formează un înveliș nucleic, iar cromozomii devin mai puțin vizibili. În fiecare dintre aceste celule există 23 de cromozomi.
Meioza II
Cele două celule se pregătesc să se dividă din nou într-o etapă cunoscută sub numele de intercineză sau interfază II. Ambele celule vor trece prin meioza II.
Profaza II
Cromozomii devin vizibili, învelișul nuclear dispare, iar centriolii formează fibrele fusiforme.
Metafaza II
Cromozomii se aliniază de-a lungul liniei de mijloc a fibrelor fusiforme.
Anafaza II
Cromozomii se împart în două cromatide. Cromatidele sunt cele două șiruri de ADN (acid dezoxiribo-nucleic) care alcătuiesc cromozomul. Ele sunt unite printr-o conexiune intermediară numită centromer.
(Are loc citocineza. Celula se divide.)
Telofaza II
Celulele sunt complet divizate. Învelișul nucleic se reformează și se creează patru celule noi cu ADN diferit.
La bărbați, toate cele patru celule devin spermatozoizi. La femei, doar una dintre ele devine un ovul matur, în timp ce celelalte trei sunt reabsorbite în organism.
Evenimente care implică meioza și care prezintă încrucișarea cromozomială
Probleme
La oameni, există anumite afecțiuni care sunt cauzate de o meioză care a mers prost. Iată câteva exemple:
- Sindromul Down - trisomia cromozomului 21
- Sindromul Patau - trisomia cromozomului 13
- Sindromul Edwards - trisomia cromozomului 18
- Sindromul Klinefelter - cromozomi X în plus la bărbați - de exemplu XXY, XXXY, XXXXY
- Sindromul Turner - lipsa unui cromozom X la femei - adică XO
- Sindromul triplu X - un cromozom X în plus la femei
- Sindromul XYY - un cromozom Y în plus la bărbați
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este meioza?
R: Meioza este un tip de diviziune celulară care are ca rezultat celule cu jumătate din numărul normal de cromozomi, câte unul pentru fiecare pereche. Este cunoscută și sub denumirea de diviziune reducătoare.
Î: Cum crește meioza variația genetică?
R: Meioza crește variația genetică prin crearea de noi combinații de gene prin încrucișare în timpul profazei I și prin segregare aleatorie în timpul anafazei I. Cum crește meioza variația genetică?
Î: Ce sunt celulele germinale?
R: Gameții sunt celule speciale numite celule germinale sau celule haploide care au doar jumătate din numărul de cromozomi față de o celulă normală a corpului (numită celulă somatică).
Î: Ce este un număr de celule somatice?
R: Numărul de bază al cromozomilor din celulele corpului unei specii se numește număr somatic și se notează 2n. La oameni, 2n = 46, deci avem 46 de cromozomi.
Î: Câți cromozomi există în gameți?
R: În gameți există n cromozomi, care la om sunt 23 de cromozomi. Astfel, în organismele diploide normale există două copii ale fiecărui cromozom - unul de la fiecare părinte (23x2=46). Singurele excepții de la această regulă sunt cromozomii sexuali; la mamifere, femelele au doi cromozomi X, iar masculii au un cromozom X și un cromozom Y.
Î. Are loc meioza la archaea sau la bacterii?
R: Nu, meioza nu are loc la archaea sau la bacterii, acestea se reproduc prin simpla diviziune celulară.
Î: Există reproducere sexuală în rândul organismelor unicelulare?
R Da, reproducerea sexuată are loc în rândul organismelor unicelulare, deoarece și acestea utilizează meioza pentru a se reproduce sexual.
