Мейоз
Клетки многоклеточных организмов обычно имеют двойной, или диплоидный (2 n), набор хромосом, так как в зиготу (яйцеклетку, из которой развивается организм) в результате оплодотворения от каждого родителя попадает по одному набору хромосом. Поэтому все хромосомы набора парные, гомологичные — одна от отца, другая от матери. В клетках этот набор сохраняется постоянным благодаря митозу.
Половые клетки (гаметы) — яйцеклетки и сперматозоиды (или спермии у растений) — имеют одинарный, или гаплоидный, набор хромосом (n). Этот набор гаметы получают благодаря мейозу (от греческого слова meiosis — уменьшение). В процессе мейоза происходит одно удвоение хромосом и два деления.— редукционное и эквационное (равное). Каждое из них состоит из ряда фаз: интерфазы, профазы, метафазы, анафазы и телофазы (рис. 1).
В интерфазе I (первого деления) происходит удвоение — редупликация — хромосом. Каждая хромосома после этого состоит из двух идентичных хроматид, соединенных одной центромерой. В профазе I мейоза происходит спаривание (конъюгация) удвоенных гомологичных хромосом, которые образуют биваленты, состоящие из четырех хроматид. В это время происходит спирализация, укорочение и утолщение хромосом. В метафазе I спаренные хромосомы-гомологи выстраиваются на экваторе клетки, в анафазе I они расходятся к ее разным полюсам, в телофазе I клетка делится. В каждую из двух клеток после первого деления попадает только по одной удвоенной хромосоме от каждой пары гомологичных хромосом, т. е. происходит уменьшение (редукция) числа хромосом вдвое.
После первого деления в клетках проходит короткая интерфаза II (второго деления) без удвоения хромосом. Второе деление идет как митоз. В метафазе II хромосомы, состоящие из двух хроматид, выстраиваются на экваторе клетки. В анафазе II к полюсам расходятся хроматиды. В телофазе II обе клетки делятся. Установлено, что существует прямая зависимость между набором хромосом в ядре (2 n или n) и количеством ДНК в нем (обозначаемом буквой С). В диплоидной клетке ДНК вдвое больше (2С), чем в гаплоидной (С). В интерфазе I диплоидной клетки перед подготовкой ее к делению происходит репликация ДНК, ее количество удваивается и становится равным 4С. После первого деления количество ДНК в дочерних клетках уменьшается до 2С, после второго деления — до 1С, что соответствует гаплоидному набору хромосом.
Биологический смысл мейоза заключается в следующем. Прежде всего, в ряду поколений сохраняется набор хромосом, свойственный данному виду, так как при оплодотворении сливаются гаплоидные гаметы и восстанавливается диплоидный набор хромосом.
Кроме того, в мейозе происходят процессы, обеспечивающие осуществление основных законов наследственности: во-первых, благодаря конъюгации и обязательному последующему расхождению гомологичных хромосом осуществляется закон чистоты гамет — в каждую гамету попадает только одна хромосома от пары гомологов и, следовательно, только один аллель от пары — А или а, В или b.
Во-вторых, случайное расхождение негомологичных хромосом в первом делении обеспечивает независимое наследование признаков, контролируемых генами, расположенными в разных хромосомах, и приводит к образованию новых комбинаций хромосом и генов (рис. 2).
В-третьих, гены, расположенные в одной хромосоме, проявляют сцепленное наследование. Однако они могут комбинироваться и образовывать новые комбинации генов в результате кроссинговера — обмена участками между гомологичными хромосомами, который осуществляется при их конъюгации в профазе первого деления (рис. 3).
Таким образом, можно выделить два механизма образования новых комбинаций (генетической рекомбинации) в мейозе: случайное расхождение негомологичных хромосом и кроссинговер.
