Vsi vedo, da pri spolnem razmnoževanju nastane nov organizem kot posledica zlitja dveh gamet (spolnih celic). Gametogeneza ali tvorba generativnih celic poteka s posebno delitvijo, imenovano mejoza. Kaj je bistvo tega procesa, kakšne so njegove faze, bomo povedali v tem članku.
Malo splošnega znanja
Za večino heteroseksualnih organizmov na našem planetu je značilno spolno razmnoževanje. V tem primeru imajo gamete polovični kromosomski niz, ki se imenuje haploid (n). Kot rezultat fuzije gamet nastane zigota, v kateri se obnovi diploidija, nabor kromosomov pa je označen z 2n, kar je bistvo mejoze (na kratko).
Drosophila (sadna muha) ima na primer samo 4 kromosome - to je diploidni niz. Gamete v njenem jedru imajo le 2 kromosoma. Pri človeku je v vsaki celici v jedru 46 kromosomov, v gametah (jajčece in sperma) - po 23.
Ampakobnovitev diploidije med spolnim razmnoževanjem je le majhen del tega, kar je bistvo mejoze.
Kromosomi in kromatide
Za razumevanje naslednjega gradiva je pomembno razumeti razliko med obema.
Kromosomi (uporabljena je oznaka n) se imenujejo nosilci genetskega materiala, toda preprosto so to molekule DNK (deoksiribonukleinska kislina), ki se pomnožijo spiralizirane in se nahajajo v jedru evkariontskih celic (ki imajo jedro z membransko ovojnico) organizmov. V obliki, kot smo jih vajeni videti v učbenikih in referenčnih knjigah (zgornja fotografija prikazuje človeške kromosome), postanejo opazni šele med interfazo, pred celično delitvijo, ko se že podvojijo.
Toda kromatide (označene z) - to je le strukturni del kromosoma, ki je že šel skozi proces replikacije (podvojitve) v interfazi pred celično delitvijo. Kromatida je ena od dveh kopij DNK, ki sta v tem trenutku povezana s posebno zožitvijo (centromera).
Dokler sta dve kromatidi povezani s centromero, se imenujejo sestrske kromatide. In šele med spolno delitvijo celic (mejozo) se ločijo in predstavljajo samostojne enote dednega materiala, in če je med njimi prišlo do križanja (več o tem kasneje), so bile podvržene spremembam v zaporedju genov.
Vsi kromosomi so različni po obliki in velikosti znotraj enega homolognega (identičnega) para. Celoten niz kromosomov v celicah iste vrste se imenuje kariotip. Torej, pri ljudeh je kariotip 46 kromosomov,od tega je 22 parov homolognih ali avtosomov, 23 parov pa je spolnih kromosomov (X in Y). V človeških gametah (sperma in jajčece) je polovica (haploidnega) nabora kromosomov - 23 avtosomov in 1 spolni kromosom (X ali Y).
Samo mejoza zagotavlja tak niz v gametah.
Posebna delitev celic
Specifična delitev s tvorbo zarodnih celic - mejoza (iz grške besede Μείωσις, kar pomeni redukcija) je niz dveh zaporednih celičnih delitev, zaradi katerih se jedro razdeli dvakrat, kromosomi pa le enkrat.. Zaradi tega pride do zmanjšanja (redukcije) kromosomskega niza v gametah za polovico, ki ob združitvi obnovi diploidnost zigote. To je njegov biološki pomen.
Mejoza (njene faze) v vseh živih organizmih se pojavlja na enak način:
- Prva delitev (redukcija), po kateri se število kromosomov prepolovi.
- Druga delitev (equational) se pojavi kot preprosta delitev (mitoza). Imenuje se tudi izravnavanje.
Prva mejotska delitev
Med pripravo celice na delitev (interfaza) v jedru se število kromosomov podvoji (obstajajo 4 n), kar je značilno za celice, ki se delijo s preprosto delitvijo (mitoza). V celicah predhodnikov gamet (pri ljudeh, spermatocitih in jajčnih celicah) do takšnega podvojitve v interfazi ne pride in celica začne mejozo z nizom 2n kromosomov in preidenaslednji koraki:
- Profaza I. Na tej stopnji postanejo kromosomi gostejši in bližje skupaj. Pojavi se konjugacija (adhezija) homolognih kromosomov (en par), pri čemer pride do križanja. Ta proces je značilen samo za mejozo (kaj je bistvo, bomo opisali spodaj). Nato se kromosomi ločijo, lupina celičnega jedra se uniči in začne se oblikovati delitveno vreteno.
- Metafaza I. Vlakna vretena se pritrdijo na centromere kromosomov, sama pa se nahajajo vzdolž delitvenega ekvatorja drug proti drugemu in ne vzdolž iste črte (kot pri mitozi).
- Anafaza I. Niti vretena raztegnejo kromosome do polov. Na kratko, pomen in bistvo mejoze ležita v tej fazi delitve - pola imajo n kromosomov.
- Telofaza I. Na tej stopnji se oblikujejo jedrske ovojnice. Pri živalih in nekaterih rastlinah pride do nadaljnje delitve citoplazme in nastaneta dve hčerinski celici.
Nastale celice vstopijo v interfazo, ki je zelo kratka ali pa je sploh ni.
Druga mejotična delitev
Mejoza II ima enake faze:
- Profaza II. Kromosomi postanejo gostejši, jedrske membrane izginejo in začne se pojavljati fisijsko vreteno (slika zgoraj).
- Med metafazo II se tvorba vretena nadaljuje, kromosomi pa se nahajajo vzdolž delitvenega ekvatorja.
- Anafaza II. Kromosomi so raztegnjeni do polov celice (fotografija spodaj).
- Telofaza II. Nastanejo jedrske membrane, citoplazma je razdeljena meddve celici.
S to delitvijo se število kromosomov ne spreminja, ampak vsak od njih sestavlja le ena kromatida (strukturna enota). To je bistvo mejoze II. Celice so oblikovane s haploidnim nizom kromosomov v vsakem (n).
Biološki pomen mejoze
Kaj je, je že postalo jasno:
- Mejoza je popoln mehanizem, ki zagotavlja konstantnost kariotipa (števila kromosomov) vrste, ki je neločljivo povezana s spolno reprodukcijo.
- Zaradi dveh zaporednih delitev mejoze postane število kromosomov v gametah haploidno in logično je obnoviti diploidijo, ko se združijo (oplodijo) s tvorbo zigote z originalnim diploidnim kariotipom.
- Mejoza zagotavlja tako lastnost organizmov, kot je spremenljivost. V profazi I - zaradi križanja in v anafazi I - zaradi dejstva, da lahko homologni kromosomi z različnimi geni končajo v različnih gametah.
Kaj je Crossover
Vrnimo se k profazi I mejoze. V tem trenutku, ko se homologni kromosomi približajo in skoraj zlepijo skupaj, lahko pride do izmenjave med njimi katerega koli mesta. Prav ta izmenjava se imenuje crossing over, kar v dobesednem prevodu iz angleščine (crossing over) pomeni prečkanje ali prečkanje.
Z drugimi besedami, en del kromosoma lahko zamenja mesta z istim delom drugega kromosoma iz istega para. Ta mehanizem zagotavlja rekombinativno genetsko variabilnost organizmov. mešanjegeni vodijo do povečane biotske raznovrstnosti znotraj ene vrste.
Življenjski cikel in mejoza
Odvisno od tega, v kateri fazi življenjskega cikla nastopi mejoza, so v biologiji tri vrste mejoze:
- Začetna (zigota) se pojavi takoj po oploditvi v zigoti. Ta vrsta mejoze je značilna za organizme s prevlado haploidne faze v življenjskem ciklu. To so glive (askomicete in bazidomicete), nekatere alge (klamidomonas), protozoje (sporozoa).
- Vmesna (sporinska) mejoza se pojavi pri nastajanju spor v organizmih z enakomernim menjavanjem diploidnih in haploidnih oblik. To so višje trosovke (mahovi, kljunasti mahovi, preslice, praproti), golosemenke in kritosemenke. Med živalmi je ta vrsta mejoze značilna za morske protozoe foraminifere.
- Končna (gametična) mejoza je značilna za vse večcelične živali, morske alge fucus in nekatere protozoje (ciliate). Pri teh organizmih v življenjskem ciklu prevladuje diploidna faza in le gamete imajo haploiden niz kromosomov.
Povzetek
Učenci se seznanijo z bistvom mejoze v 6. razredu pri proučevanju praživali, alg in preidejo na študij biologije rastlin. Ta ključni koncept splošne biologije in mehanizmov tvorbe zarodnih celic (gamet) nam omogoča razumevanje skupnosti vsega življenja na našem planetu, razumevanje različnih življenjskih ciklov rastlin in živali.
Poleg tega bi morali biti mejozaso hvaležni za intraspecifično raznolikost biološke vrste Homo sapiens. Med študijem biologije v naslednjih razredih dijaki nadaljujejo s preučevanjem faz spolne delitve, in ko se seznanijo z genetiko, zakoni dednosti in variabilnosti.
Preučevanje mehanizmov različnih delitev celic nam omogoča razumevanje edinstvenosti in smotrnosti zakonov narave, ki so se oblikovali v milijardah let evolucije na enem samem planetu sončnega sistema. In imeli smo srečo, da smo se rodili na njem.
