Mọi người đều biết rằng với sinh sản hữu tính, một sinh vật mới phát sinh do sự hợp nhất của hai giao tử (tế bào sinh dục). Sự hình thành giao tử, hay sự hình thành các tế bào sinh trưởng, xảy ra thông qua một quá trình phân chia cụ thể được gọi là meiosis. Bản chất của quá trình này là gì, các giai đoạn của nó là gì, chúng tôi sẽ nói trong bài viết này.
Một chút kiến thức chung
Đối với hầu hết các sinh vật dị hợp trên hành tinh của chúng ta, sinh sản hữu tính là đặc trưng. Trong trường hợp này, các giao tử có bộ nhiễm sắc thể một nửa, được gọi là đơn bội (n). Kết quả của sự hợp nhất của các giao tử, một hợp tử được hình thành, trong đó thể lưỡng bội được khôi phục, và bộ nhiễm sắc thể được ký hiệu là 2n, đây là bản chất của meiosis (ngắn gọn).
Ví dụ, Drosophila (ruồi giấm) chỉ có 4 nhiễm sắc thể - đây là bộ lưỡng bội. Giao tử trong nhân chỉ có 2 nhiễm sắc thể. Ở người, trong mỗi tế bào trong nhân có 46 nhiễm sắc thể, và trong các giao tử (trứng và tinh trùng) - mỗi tế bào có 23 nhiễm sắc thể.
Nhưngsự phục hồi của thể lưỡng bội trong quá trình sinh sản hữu tính chỉ là một phần nhỏ của bản chất của meiosis.
Nhiễm sắc thể và nhiễm sắc thể
Để hiểu tài liệu sau, điều quan trọng là phải hiểu sự khác biệt giữa hai tài liệu.
Nhiễm sắc thể (ký hiệu n được sử dụng) được gọi là chất mang vật chất di truyền, nhưng đơn giản đây là các phân tử DNA (axit deoxyribonucleic), nhân lên và nằm trong nhân tế bào nhân thực (có nhân có màng bao) sinh vật. Ở hình thức mà chúng ta quen nhìn thấy chúng trong sách giáo khoa và sách tham khảo (ảnh trên cho thấy nhiễm sắc thể của con người), chúng chỉ trở nên đáng chú ý trong giai đoạn xen kẽ, trước khi phân chia tế bào, khi chúng đã nhân đôi.
Nhưng các chromatid (ký hiệu là) - đây chỉ là phần cấu trúc của nhiễm sắc thể, đã trải qua quá trình sao chép (nhân đôi) trong khoảng thời gian trước khi phân chia tế bào. Chromatid là một trong hai bản sao của DNA được kết nối với nhau tại thời điểm này bằng một điểm thắt đặc biệt (tâm động).
Miễn là hai chromatid được nối với nhau bằng tâm động, chúng được gọi là chromatid chị em. Và chỉ trong quá trình phân chia hữu tính của các tế bào (meiosis), chúng mới phân tách và đại diện cho các đơn vị độc lập của vật chất di truyền, và nếu việc lai chéo xảy ra giữa chúng (sẽ nói thêm về điều đó sau này), thì chúng sẽ trải qua những thay đổi trong trình tự gen.
Tất cả các nhiễm sắc thể đều khác nhau về hình dạng và kích thước trong một cặp tương đồng (giống hệt nhau). Toàn bộ bộ nhiễm sắc thể trong tế bào của cùng một loài được gọi là karyotype. Vì vậy, ở người, karyotype là 46 nhiễm sắc thể,trong đó 22 cặp là tương đồng hoặc NST thường và 23 cặp là nhiễm sắc thể giới tính (X và Y). Trong các giao tử của người (tinh trùng và trứng) có một bộ nhiễm sắc thể một nửa (đơn bội) - 23 NST thường và 1 NST giới tính (X hoặc Y).
Just meiosis cung cấp một bộ giao tử như vậy.
Sự phân chia tế bào đặc biệt
Sự phân chia cụ thể với sự hình thành các tế bào mầm - meiosis (từ tiếng Hy Lạp Μείωσις, có nghĩa là giảm phân) là một tập hợp hai lần phân chia tế bào liên tiếp, do đó nhân phân chia hai lần và các nhiễm sắc thể chỉ một lần.. Do đó, bộ nhiễm sắc thể trong các giao tử giảm đi một nửa, khi chúng hợp nhất sẽ khôi phục tính lưỡng bội của hợp tử. Đây là ý nghĩa sinh học của nó.
Meiosis (các giai đoạn của nó) trong tất cả các sinh vật sống xảy ra theo cùng một cách:
- Lần phân chia đầu tiên (giảm phân), sau đó số lượng nhiễm sắc thể giảm đi một nửa.
- Lần phân chia thứ hai (tương đương) xảy ra như một lần phân chia đơn giản (nguyên phân). Nó còn được gọi là san lấp mặt bằng.
Bộ phận meiotic đầu tiên
Trong quá trình chuẩn bị của một tế bào để phân chia (giữa các kỳ) trong nhân, số lượng nhiễm sắc thể tăng gấp đôi (có 4 n), đặc trưng cho các tế bào phân chia đơn giản (nguyên phân). Trong các tế bào tiền thân của giao tử (ở người, tế bào sinh tinh và tế bào trứng), sự nhân đôi như vậy không xảy ra ở kỳ giữa, và tế bào bắt đầu nguyên phân với bộ nhiễm sắc thể 2n và vượt quacác bước sau:
- Prophase I. Ở giai đoạn này, các nhiễm sắc thể trở nên dày đặc hơn và gần nhau hơn. Sự tiếp hợp (kết dính) của các nhiễm sắc thể tương đồng (một cặp) xảy ra, trong đó xảy ra sự trao đổi chéo. Quá trình này chỉ đặc trưng cho bệnh meiosis (bản chất là gì, chúng tôi sẽ mô tả bên dưới). Sau đó, các nhiễm sắc thể được tách ra, vỏ của nhân tế bào bị phá hủy, và trục phân chia bắt đầu hình thành.
- Metaphase I. Các sợi trục gắn vào tâm động của nhiễm sắc thể, và bản thân chúng nằm dọc theo đường xích đạo phân chia đối diện nhau, và không nằm trên cùng một đường (như trong nguyên phân).
- Anaphase I. Các sợi trục kéo dài các nhiễm sắc thể về các cực. Tóm lại, ý nghĩa và bản chất của meiosis nằm ở giai đoạn phân chia này - các cực có n nhiễm sắc thể.
- Telophase I. Ở giai đoạn này, các bao hạt nhân được hình thành. Ở động vật và một số thực vật, sự phân chia tế bào chất tiếp tục xảy ra và hai tế bào con được hình thành.
Các tế bào hình thành đi vào giai đoạn xen kẽ, rất ngắn hoặc không có.
Bộ phận meiotic thứ hai
Meiosis II có các giai đoạn giống nhau:
- Prophase II. Các nhiễm sắc thể trở nên dày đặc hơn, màng nhân biến mất và trục phân hạch bắt đầu xuất hiện (ảnh trên).
- Trong giai đoạn chuyển tiếp II, sự hình thành trục quay tiếp tục và các nhiễm sắc thể nằm dọc theo đường xích đạo phân chia.
- Anaphase II. Các nhiễm sắc thể được kéo căng về các cực của tế bào (ảnh bên dưới).
- Telophase II. Màng nhân được hình thành, tế bào chất được phân chia giữahai ô.
Với sự phân chia này, số lượng nhiễm sắc thể không thay đổi, nhưng mỗi nhiễm sắc thể chỉ bao gồm một chromatid (đơn vị cấu trúc). Đây là bản chất của bệnh meiosis II. Tế bào được hình thành với bộ nhiễm sắc thể đơn bội trong mỗi (n).
Ý nghĩa sinh học của bệnh meiosis
Nó là gì, nó đã trở nên rõ ràng:
- Meiosis là một cơ chế hoàn hảo đảm bảo sự ổn định của karyotype (số lượng nhiễm sắc thể) của một loài vốn có trong sinh sản hữu tính.
- Do hai lần phân chia liên tiếp của nguyên phân, số lượng nhiễm sắc thể trong giao tử trở thành đơn bội và việc khôi phục thể lưỡng bội trở nên hợp lý khi chúng hợp nhất (thụ tinh) với sự hình thành hợp tử với karyotype lưỡng bội ban đầu.
- Chính meiosis cung cấp tính chất biến đổi của các sinh vật. Trong prophase I - do lai xa và trong anaphase I - do thực tế là các nhiễm sắc thể tương đồng với các gen khác nhau có thể tạo ra các giao tử khác nhau.
Crossover là gì
Chúng ta hãy quay trở lại đề phòng tôi khỏi bệnh meiosis. Tại thời điểm này, khi các nhiễm sắc thể tương đồng đã tiếp cận và gần như dính chặt vào nhau, sự trao đổi giữa chúng ở bất kỳ vị trí nào có thể xảy ra. Đó là sự trao đổi này được gọi là vượt qua, dịch theo nghĩa đen từ tiếng Anh (vượt qua) có nghĩa là băng qua hoặc băng qua.
Nói cách khác, một phần của nhiễm sắc thể có thể hoán đổi vị trí cho phần giống của nhiễm sắc thể khác từ cùng một cặp. Cơ chế này cung cấp khả năng biến đổi di truyền tái tổ hợp của các sinh vật. xáo trộngen dẫn đến tăng đa dạng sinh học trong một loài đơn lẻ.
Vòng đời và meiosis
Tùy thuộc vào giai đoạn nào của vòng đời xảy ra meiosis, có ba loại meiosis trong sinh học:
- Khởi đầu (hợp tử) xảy ra ngay sau khi thụ tinh trong hợp tử. Loại meiosis này đặc trưng cho các sinh vật có giai đoạn đơn bội chiếm ưu thế trong chu kỳ sống. Đây là nấm (ascomycetes và basidomycetes), một số tảo (chlamydomonas), động vật nguyên sinh (sporozoa).
- Meiosis trung gian (bào tử) xảy ra trong quá trình hình thành bào tử ở các sinh vật có sự luân phiên đồng đều của các dạng lưỡng bội và đơn bội. Đó là các bào tử bậc cao (rêu, rêu câu lạc bộ, cỏ đuôi ngựa, dương xỉ), cây hạt trần và cây hạt kín. Trong số các loài động vật, loại meiosis này là đặc trưng của động vật nguyên sinh biển foraminifera.
- Bệnh meiosis (giao tử) cuối cùng vốn có ở tất cả các động vật đa bào, tảo biển và một số động vật nguyên sinh (ciliates). Ở những sinh vật này, giai đoạn lưỡng bội chiếm ưu thế trong chu kỳ sống và chỉ các giao tử có bộ nhiễm sắc thể đơn bội.
Tổng kết
Học sinh làm quen với bản chất của meiosis ở lớp 6 khi nghiên cứu động vật nguyên sinh, tảo và chuyển sang nghiên cứu sinh học thực vật. Khái niệm cơ bản về sinh học nói chung và cơ chế hình thành tế bào mầm (giao tử) này cho phép chúng ta hiểu được điểm chung của tất cả sự sống trên hành tinh của chúng ta, hiểu được các chu kỳ sống khác nhau của thực vật và động vật.
Ngoài ra, đó là bệnh meiosis mà chúng ta nênrất biết ơn sự đa dạng nội đặc hiệu của các loài sinh vật Homo sapiens. Trong quá trình nghiên cứu sinh học ở các lớp tiếp theo, học sinh tiếp tục nghiên cứu các giai đoạn của sự phân chia giới tính và khi họ làm quen với di truyền học, các quy luật di truyền và sự biến đổi.
Nghiên cứu các cơ chế phân chia tế bào khác nhau cho phép chúng ta hiểu được tính độc đáo và tính ứng nghiệm của các quy luật tự nhiên, đã được hình thành qua hàng tỷ năm tiến hóa trên một hành tinh duy nhất của hệ mặt trời. Và chúng tôi may mắn được sinh ra trên đó.
