Бесполое размножение. Мейоз

Во время митоза клетка проходит ряд последовательных фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, как и в материнской клетке.

Митоз лежит в основе бесполого размножения. Чаще эта форма размножения встречается у прокариот, растений и простейших.  

Рассмотрим основные виды бесполого размножения.

Размножение делением

Так как прокариоты не имеют ядра, делятся они простым бинарным делением. Где материнская клетка делиться на две примерно одинаковые по размерам дочерние клетки. Перед делением происходит репликация и образуются две одинаковые молекулы ДНК.

Во время деления плазмалемма врастает между двумя молекулами ДНК таким образом, что в итоге разделяет клетку надвое.

В каждой образовавшейся клетке оказывается по одной идентичной молекуле ДНК.

Многие одноклеточные водоросли (эвглена зелёная, например) и простейшие амёба делятся митозом. Образуя две клетки.

Следующий вид бесполого размножения − размножение спорами

Споры − это специализированные гаплоидные клетки грибов и растений.

В цикле развития папоротника участвуют споры.

Летом на нижней стороне папоротника образуются маленькие бурые бугорки. В бугорках находятся пучки мелких мешочков — спорангиев, в которых созревают споры.

Созревшие споры выпадают из спорангиев. Их разносит ветер. Если они попадают в благоприятные условия, то прорастают, образуя заросток (половое поколение — гаметофит). Он живёт самостоятельно, прикрепляясь к почве ризоидами.

На заростке развиваются мужские и женские гаметы (сперматозоиды и яйцеклетки).

Под заростком задерживаются капельки росы или дождевой воды, в которых сперматозоиды могут подплыть к яйцеклеткам. Так происходит оплодотворение.

Со временем из зародыша на заростке развивается взрослое растение, которое мы обычно называем папоротником. Это бесполое поколение — спорофит.

В процессе жизни папоротника происходит смена двух поколений — спорофита и гаметофита.

Заросток папоротника — это гаметофит (половое поколение).

Если у папоротника споры образуются путём мейоза, то у грибов и низших растений путём митоза.

При бесполом размножении грибов возможны процессы почкования (характерны для дрожжеподобных грибов) и спорообразования.

В споре гриба различают одну либо несколько клеток, которые имеют микроскопические размеры. Попадая в благоприятную среду, небольшое количество спор дают начало новому мицелию.

Вегетативное размножение один из способов бесполого размножения, свойственный многоклеточным организмам.

При вегетативном размножении новый организм развивается не из одной клетки одноклеточного или многоклеточного родителя, а из группы клеток многоклеточного организма.

Различают несколько видов вегетативного размножения.

Размножение растений частями вегетативных органов

Таким способом размножается водное растение элодея. Из почек на стеблевом черенке образуются новые побеги и корни.

Отводками размножается куст крыжовника.

Вегетативное размножение крыжовника основано на способности его стеблей к корнеобразованию при благоприятных условиях влажности и температуры. Корни вырастают из корневых зачатков, которые образуются у основания почек побега.

Кусты земляники в период вегетации отпускают дочерние розетки на длинных стеблях. От каждого стебелька земляники растёт длинный стебель – ус. Там, где усы прижимаются к земле розетки укореняются.

Также выделяют вегетативное размножение специальными видоизменениями побегов клубнями как у картофеля и луковицами.

Фрагментация ещё один тип вегетативного размножения.

Например, фрагмент тела плоского червя планарии даёт начало целой особи. При таком способе размножения тело родительской особи может распадаться на несколько частей. Из каждой части развивается новое животное. Данный процесс основан на регенерации.

Регенерация — это восстановление утерянных или поврежденных тканей — одна из важнейших функций тканей многоклеточных организмов.

Следующий тип вегетативного размножения — почкование.

Например, как у пресноводной гидры. Группа клеток родительской особи начинает делиться, давая начало дочерней особи.

Дочерняя особь некоторое время развивается как часть материнского организма, а затем отделяется от него.

Бесполое размножения позволяет быстро увеличить численность особей данного вида в благоприятных условиях. При этом все потомки имеют генотип, идентичный родительскому.

Значит в результате митоза не происходит генетического разнообразия, которое могло бы оказаться очень полезным при необходимости приспособится к изменившимся условиям обитания.

А вот в процессе мейоза создаются возможности возникновения в гаметах новых генных комбинаций.

Мейоз − способ образования гаплоидных клеток.

У животных организмов мейозом делятся клетки специализированных тканей гонад, из которых образуются гаметы или половые клетки.

А у высших растений мейозом образуются споры, и уже потом путём митозов образуются гаметы.

Мейоз – основной этап образования половых клеток. Это способ деления клетки, при котором число хромосом в дочерних клетках становиться гаплоидным.

Во время мейоза происходит не одно, как при митозе, а два следующих друг за другом клеточных деления, называемых мейозом I и мейозом II.

В результате первого деления мейоза число хромосом уменьшается вдвое.

В ходе второго деления мейоза гаплоидность клеток сохраняется.

Это необходимо для постоянства числа хромосом в клетках организма при половом размножении.

Например, диплоидный набор хромосом человека равен 46. Новый человеческий организм возникает в момент слияния гамет яйцеклетки и сперматозоида. Для того чтобы в клетках будущего ребёнка так же было по 46 хромосом, необходимо чтобы в гаметах яйцеклетке и сперматозоиде было по гаплоидному набору хромосом, то есть по 23 хромосомы.

Другими словами, мейоз препятствует увеличению числа хромосом при половом размножении. Без такого механизма деления хромосомные наборы удваивались бы с каждым следующим поколением.

Поэтому при производстве яйцеклеток и сперматозоидов необходим особый тип деления клеток, при котором в дочерних клетках будет гаплоидный набор хромосом. Такой тип деления, при котором из одной диплоидно клетки образуется четыре гаплоидные и получил название мейоза.

Как мы сказали выше мейоз, состоит из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Прежде чем вступить в мейоз делящейся клетка проходит через интерфазу.

Во время интерфазы накапливаются энергия и вещества, необходимые для делений мейоза.

В ходе эс-фазы ДНК в клетке удваивается благодаря репликации.

Такие удвоенные хромосомы называются сестринскими хроматидами.

В профазу первого деления, гомологичные хромосомы тесно сближаются- коньюгируют. 

Сближенные гомологичные хромосомы обмениваются одинаковыми участками.

Перекрёст гомологичных хромосом с обменом участками хроматид, называется кроссинговером. 

Получается так что ДНК одной гомологичной хромосомы окажется соединённой с ДНК другой гомологичной хромосомы.

При этом возникают новые сочетания генов и новые комбинации наследственных свойств.

Во время образования яйцеклеток и сперматозоидов при кроссинговере особенно важно отсутствие неблагоприятных факторов (нервных потрясений, больших доз лекарственных препаратов, алкоголя, никотина и других наркотических средств), способных привести к ошибкам кроссинговера при мейозе (а, значит, и к появлению генетически неполноценного потомства).

К концу профазы исчезает ядерная оболочка и ядрышко клетки. Формируется два полюса деления клетки. Образуются нити веретена деления.

В метафазу первого мейоза нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом, которые образуют пары таким образом, что от каждой центромеры идёт лишь одна нить к одному из полюсов клетки. 

В результате бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

Во время анафазы I гомологичные хромосомы разделяются и расходятся к разным полюсам клетки. Центромеры не делятся и в итоге расходиться половинный набор хромосом.

В телофазу первого деления у полюсов собирается одинарный набор хромосом.

Восстанавливается ядерная оболочка и материнская клетка делиться на две гаплоидные клетки.

Таким образом сама редукция числа хромосом, то есть уменьшение их количества в два раза происходит уже после первого этапа мейоза.

Хромосомы в двух образовавшихся гаплоидных клетках остаются ещё двухроматидными (1n2c).

Между мейозом I и мейозом II проходит очень мало времени, дополнительного удвоения ДНК не происходит.

Второе деление мейоза следует сразу же после первого.

Деление мейозом сходно с митозом только клетки содержат гаплоидный набор хромосом. И процессы происходят параллельно в двух клетках.

Профаза II непродолжительна.

Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки. Из микротрубочек начинает формироваться веретено деления.

В метафазу II второго деления мейоза хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления. К каждой центромере прикрепляется по 2 нити. Хромосомы выстраиваются на экваторе.

В анафазу II как и при митозе, происходит разделение центромер. И каждая хроматида становиться самостоятельной хромосомой.

Нити веретена деления перемещают хромосомы к противоположным полюсам клетки.

В телофазу II второго деления мейоза. Завершается расхождение хромосом к полюсам. И начинается деление самих клеток. 

Таким образом в результате двух делений мейоза из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных.

И при этом достигается огромное разнообразие гамет у каждого организма.

Биологическое значение мейоза

У животных и человека мейоз приводит к образованию гаплоидных половых клеток — гамет.

Мейоз препятствует увеличению числа хромосом при половом размножении.

В ходе последующего процесса оплодотворения (слияния гамет) организм нового поколения получает диплоидный набор хромосом, а значит, сохраняет присущий данному виду организмов кариотип.

Мейоз обеспечивает генетическую разнородность гамет, благодаря случайной комбинации хромосом.

То есть мейоз способствует комбинативной изменчивости (гены родителей комбинируются, в результате чего у детей могут появляться признаки, которых не было у родителей).

Комбинативная изменчивость обеспечивает большое разнообразие видов и даёт возможность приспособиться к изменению условий среды, способствует выживанию вида.