Meioza și fazele sale. Caracterizarea fazelor meiozei. Reproducerea organismelor. Asemănări ale mitozei și meiozei

Despre organismele vii se știe că ei respiră, hrănesc, reproduc și piară, aceasta este funcția lor biologică. Dar în detrimentul a ceea ce se întâmplă acest lucru? Datorită cărămizilor - celule care, de asemenea, respiră, hrănesc, mor și se înmulțește. Dar cum se întâmplă acest lucru?

Despre structura celulelor

Casa constă din cărămizi, blocuri sau bușteni. Deci, corpul poate fi împărțit în unități elementare - celule. Toate varietățile de ființe vii constau tocmai din ele, diferența constă numai în numărul și tipurile lor. Acestea constau din mușchi, țesuturi osoase, piele, toate organele interne - atât de mult încât acestea diferă în scopul lor. Dar, indiferent de ce funcții sunt îndeplinite de această sau de acea celulă, toate sunt aranjate aproximativ în mod egal. În primul rând, orice "cărămidă" are o membrană și o citoplasmă cu organoizi localizați în ea. Unele celule nu au un nucleu, ele sunt numite procariote, dar toate organismele mai mult sau mai puțin dezvoltate sunt compuse din cele eucariote care au un nucleu în care sunt stocate informații genetice.

Organoizii aflați în citoplasmă sunt diverse și interesante, îndeplinesc funcții importante. In celulele animale secreta reticulului endoplasmatic, ribozomi, mitocondrii, aparatul Golgi, centrioles, lizozomii și elemente de propulsie. Cu ajutorul acestora, au loc toate procesele care asigură funcționarea organismului.

Activitatea celulară

După cum am menționat deja, toate lucrurile vii se hrănesc, respiră, reproduc și mor. Această afirmație este valabilă atât pentru organismele întregi, adică pentru oameni, animale, plante etc., cât și pentru celule. Este uimitor, dar fiecare "cărămidă" are propria sa viață. În detrimentul organoizilor săi, primește și prelucrează substanțele nutritive, oxigenul și ia tot excesul. Citoplasma însăși și reticulul endoplasmatic realizează o funcție de transport, mitocondriile răspund, inclusiv pentru respirație și, de asemenea, cu energie. Complexul Golgi se ocupă de acumularea și excreția produselor activității vitale a celulei. Alte organoizi participă, de asemenea, la procese complexe. Și la o anumită etapă a lui celula ciclului de viata începe să se împartă, adică are loc procesul de reproducere. Ar trebui să fie luată în considerare în detaliu.

Procesul diviziunii celulare

Reproducerea este una din etapele dezvoltării unui organism viu. Același lucru se aplică celulelor. Într-o anumită etapă a ciclului de viață, ei intră într-o stare atunci când sunt gata să se reproducă. Celule procariotice împărțiți-le în două, prelungind și apoi formând un septum. Acest proces este simplu și aproape complet studiat folosind exemplul de bacterii în formă de tijă.

C celule eucariote totul este ceva mai complicat. Ele se înmulțesc în trei moduri diferite, numite amitoză, mitoză și meioză. Fiecare dintre aceste căi are propriile particularități, este inerent într-un anumit fel de celule. amitosis Se mai numește și diviziunea binară directă. Prin aceasta, molecula ADN se dublează. Cu toate acestea, nu există nici un ax de fisiune, deci această metodă este cea mai economică din punct de vedere energetic. Amitoza se observă în organismele unicelulare, în timp ce țesuturile multicelulare se înmulțesc prin alte mecanisme. Cu toate acestea, se observă uneori și în cazul în care activitatea mitotică este redusă, de exemplu, în țesuturile mature.

Uneori, diviziunea directă se distinge ca un fel de mitoză, dar unii oameni de știință consideră acest lucru un mecanism separat. Procesul acestui proces chiar și în celulele vechi este destul de rar. Mai mult, vor fi luate în considerare meioza și fazele sale, procesul de mitoză, precum și asemănările și diferențele dintre aceste metode. În comparație cu diviziunea simplă, ele sunt mai complexe și perfecte. Acest lucru este valabil mai ales pentru diviziunea de reducere, astfel încât caracteristicile fazelor meiozei vor fi cele mai detaliate.

Un rol important în diviziunea celulară îl joacă centriolii - organoidele speciale, situate de obicei în apropierea complexului Golgi. Fiecare astfel de structură constă din 27 de microtubuli grupați în trei. Întreaga structură are o formă cilindrică. Centriolii participă direct la formarea axului de diviziune celulară în procesul de divizare indirectă, care va fi discutată în continuare.

mitoză

Durata existenței celulelor diferă. Unii trăiesc pentru câteva zile, iar unele pot fi atribuite ficatului de lungă durată, deoarece înlocuirea lor completă este foarte rară. Și practic toate aceste celule se înmulțesc cu ajutorul mitozei. Cele mai multe dintre ele au o medie de 10-24 de ore între perioadele de fisiune. Mitoza în sine durează o perioadă scurtă de timp - la animale, aproximativ 0,5-1 oră, iar în plante aproximativ 2-3. Acest mecanism asigură creșterea populației celulare și reproducerea identică în ceea ce privește unitățile sale de conținut genetic. Aceasta este continuitatea generațiilor la nivel elementar. Numărul de cromozomi rămâne neschimbat. Acest mecanism este cea mai comună variantă a reproducerii celulelor eucariote.

Valoarea acestui tip de diviziune este mare - acest proces ajută să crească și să se regenereze țesuturi, în care există o dezvoltare a întregului organism. În plus, este vorba de mitoză care stă la baza reproducerii asexuate. Și încă o funcție - deplasarea celulelor și înlocuirea celor deja depășite. Prin urmare, noi credem că, datorită faptului că etapa de meiotice mai greu, atunci rolul său este mult mai mare greșit. Ambele procese au diferite funcții și sunt importante și indispensabile în felul lor.

Mitoza constă din mai multe faze, care diferă în trăsăturile lor morfologice. Starea în care celula este pregătită pentru diviziunea indirectă, numită interfază, iar procesul în sine este împărțit de 5 etape, care trebuie luate în considerare mai în detaliu.

Fazele mitozei

Fiind în interfață, celula se pregătește pentru divizare: sinteza ADN-ului și a proteinelor are loc. Această etapă este împărțită în mai multe, în care există o creștere a structurii întregi și dublarea cromozomilor. În această stare, celula trăiește până la 90% din întregul ciclu de viață.

Restul de 10% este împărțit în mod direct, împărțit în 5 etape. Cu mitoza celulelor vegetale, preprofaza este excretată, care este absentă în toate celelalte cazuri. Există formarea de noi structuri, nucleul se mută în centru. Se formează o bandă pre-fază care marchează locul viitor al fisiunii viitoare.

În toate celelalte celule, procesul de mitoză are loc după cum urmează:

Tabelul 1

După finalizarea divizării informațiilor genetice apare citokineza sau citotomia. Prin acest termen se înțelege formarea corpurilor celulelor fiice din corpul matern. În acest caz, organoizii, de regulă, sunt împărțiți în jumătate, deși sunt posibile excepții, se formează un septum. Citokineza nu este izolată într-o fază separată, de regulă, considerând-o în cadrul telofazei.

Deci, în cele mai interesante procese s-au implicat cromozomi, care transporta informații genetice. Ce este și de ce sunt așa de importante?

Despre cromozomi

Încă nu are cea mai mică idee despre genetică, oamenii știau că multe calități ale puilor depind de părinți. Odată cu dezvoltarea biologiei, a devenit evident că informațiile despre un organism sunt stocate în fiecare celulă, iar unele dintre ele sunt transmise generațiilor viitoare.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, au fost descoperite cromozomi - structuri constând dintr-o lungă Molecule ADN. Acest lucru este posibil cu îmbunătățirea microscoape, și chiar și acum le puteți vedea numai în timpul diviziunii. Cel mai adesea creditat cu descoperirea de savantul german V. Fleming, care nu numai că organizează tot ceea ce a fost învățat înainte de el, dar, de asemenea, a contribuit: el a fost unul dintre primii pentru a investiga structura celulară, meiozei și fazele sale, precum și a inventat termenul de „mitozei“. Însăși noțiunea de "cromozom", a fost propus mai târziu, alți oameni de știință - un histologist german G. Heinrich Wilhelm Gottfried von Waldeyer-Hartz.

Structura cromozomilor într-un moment în care acestea sunt clar vizibile este destul de simplă - sunt două cromatide, conectate la mijloc de un centromer. Este o secvență specifică de nucleotide și joacă un rol important în procesul de multiplicare a celulelor. În cele din urmă, cromozomul extern în profază și metafază, atunci când poate fi cel mai bine văzut, amintește de litera X.

În 1900 au fost descoperite Mendel legile, descriind principiile transferului de trăsături ereditare. Apoi a devenit în cele din urmă clar că cromozomii - exact așa se transmite cu informația genetică. Mai târziu, oamenii de știință au realizat o serie de experimente care dovedesc acest lucru. Și apoi subiectul studiului a fost influența pe care o are diviziunea celulelor.

meioză

Spre deosebire de mitoză, acest mecanism duce în cele din urmă la formarea a două celule cu un set de cromozomi de 2 ori mai puțin decât originalul. Astfel, procesul de meioză servește ca o tranziție de la faza diploidă la faza haploidă, și în primul rând vorbim despre fisiunea nucleului, și deja în cel de-al doilea - întreaga celulă. Restaurarea întregului set de cromozomi are loc ca urmare a fuziunii ulterioare a gameților. În legătură cu scăderea numărului de cromozomi, această metodă este de asemenea definită ca diviziunea de reducere a celulei.

Meioza și fazele sale au fost studiate de oameni de știință precum W. Fleming, E. Strasburgrehrer, VI Belyaev și alții. Studiul acestui proces în celulele plantelor și animalelor continuă și astăzi - este atât de complex. Inițial, acest proces a fost considerat o variantă a mitozei, dar aproape imediat după descoperire, a fost alocat ca un mecanism separat. Caracterizarea meiozei și semnificația ei teoretică au fost descrise pentru prima dată într-o măsură suficientă de către August Vaisman în 1887. De atunci, studiul procesului de reducere a fisiunii a avansat foarte mult, însă concluziile trase nu au fost încă respinse.

Meioza nu trebuie confundată cu gametogeneza, deși ambele procese sunt strâns legate. Ambele mecanisme participă la formarea celulelor sexuale, dar există o serie de diferențe serioase între ele. Meioza are loc în două etape de diviziune, fiecare dintre ele constituind din 4 faze principale, între care există o scurtă pauză. Durata întregului proces depinde de cantitatea de ADN din nucleu și de structura organizației cromozomiale. În general, este mult mai prelungită în comparație cu mitoza.

Apropo, unul dintre principalele motive pentru diversitatea semnificativă a speciilor este meioza. Set de cromozomi, ca urmare a diviziunii de reducere este împărțit în două părți, astfel încât există noi combinații de gene, in special potential creste adaptabilitatea si capacitatea de adaptare a organismelor, ca urmare a primirii unui anumit set de atribute și calități.

Fazele meiozei

După cum sa menționat deja, diviziunea celulară de reducere este împărțită condiționat în două etape. Fiecare dintre aceste etape este împărțită de alta 4. Și prima fază a meiozei - profața I, la rândul ei, este subîmpărțită în 5 etape separate. Pe măsură ce studiul acestui proces continuă, altele pot fi identificate ulterior. Acum se disting următoarele faze ale meiozei:

Tabelul 2

Deci, este evident că fazele de diviziune a meiozei sunt mult mai complicate decât procesul de mitoză. Dar, așa cum am menționat deja, acest lucru nu diminuează rolul biologic al divizării indirecte, deoarece acestea îndeplinesc diferite funcții.

Apropo, meiozei și fazelor sale se observă și în unele protozoare. Cu toate acestea, de regulă, aceasta include doar o singură diviziune. Se presupune că această formă de o singură etapă sa dezvoltat ulterior într-o formă modernă, în două etape.

Diferențe și asemănări ale mitozei și meiozei

La prima vedere se pare că diferențele dintre aceste două procese sunt evidente, deoarece sunt mecanisme complet diferite. Cu toate acestea, cu o analiză mai profundă, se pare că diferențele dintre mitoze și meioză nu sunt atât de globale, în cele din urmă ele conduc la formarea de noi celule.

În primul rând, merită să vorbim despre ce au în comun aceste mecanisme. De fapt, există doar două coincidențe: în aceeași secvență de faze și, de asemenea, în faptul că Înainte de ambele tipuri de fisiune, are loc replicarea ADN-ului. Deși, în ceea ce privește meioza, înainte de inițierea profazei I acest proces nu se finalizează complet, terminând într-una din primele etape. O succesiune de faze, deși similare, dar, de fapt, evenimentele care au loc în ele nu coincid în totalitate. Deci, similitudinile mitozei și meiozei nu sunt atât de numeroase.

Diferențele sunt mult mai mari. Mai întâi de toate, mitoza are loc în celule somatice, în timp ce meioza este strâns legată de formarea de celule germinale și sporogeneză. În fazele în sine, procesele nu coincid complet. De exemplu, trecerea în mitoză are loc în timpul interfazei, și acest lucru nu este întotdeauna cazul. În cel de-al doilea caz, în acest proces apare anafaza meiozei. recombinare genetică în diviziunea indirectă nu se realizează de obicei, ceea ce înseamnă că nu joacă nici un rol în dezvoltarea evolutivă a organismului și menținerea diversității în cadrul aceleiași specii. Numărul celulelor care rezultă din mitoză este de două și sunt genetic identice cu celulele materne și posedă un set diploid de cromozomi. În timpul diviziei de reducere, totul este diferit. Rezultatul meiozei - 4 celule haploide, diferită de cea maternă. În plus, ambele mecanisme variază considerabil în ceea ce privește durata, iar acest lucru se datorează nu numai diferenței dintre numărul de etape de divizare, dar și pe durata fiecărei etape. De exemplu, prima profilare meiozei durează mult mai mult, deoarece în acest moment apare conjugarea cromozomului și trecerea de la cromozomială. De aceea este împărțită în mai multe etape.

În general, asemănările dintre mitoze și meioză sunt destul de nesemnificative în comparație cu diferențele dintre ele. A confunda aceste procese este aproape imposibilă. Prin urmare, acum este chiar oarecum surprinzător faptul că divizia de reducere a fost considerată anterior un fel de mitoză.

Consecințele meiozei

După cum sa menționat deja, după procesul de divizare, în locul unei celule mamă cu un set de cromozomi diploidici, se formează patru haploide. Și dacă vorbim despre diferențele dintre mitoză și meioză - aceasta este cea mai semnificativă. Restaurarea cantității necesare, când vine vorba de celulele sexuale, se produce după fertilizare. Astfel, cu fiecare nouă generație, numărul de cromozomi nu se dublează.

În plus, în timpul meiozei, se produce recombinarea genelor. În procesul de reproducere, aceasta conduce la menținerea diversității intraspecifice. Deci faptul că și frații sunt foarte diferiți unul de celălalt este rezultatul meiozei.

Apropo, sterilitatea unor hibrizi din regnul animal este, de asemenea, o problemă a diviziunii de reducere. Ideea este că cromozomii părinților aparținând unor specii diferite nu pot intra în conjugare, ceea ce înseamnă că este imposibilă formarea de celule germinale viabile. Astfel, meioza este baza dezvoltării evolutive a animalelor, plantelor și a altor organisme.