Деление клеток

Размножение и рост организмов осуществляется через процессы деления клеток. Существуют два типа деления клеток: митоз и мейоз, имеющие различное биологическое значение в развитии организмов.

Очень важно уяснить, что для большинства высших растений и животных характерен диплоидный (двойной) набор хромосом (2n), в то время как в половых клетках содержится половинный (гаплоидный) набор (n). Характерный для вида набор хромосом восстанавливается при слиянии гамет.

Основную часть времени соматические клетки проводят в диплоидном состоянии, при этом реализуются все их функции. Однако, при подготовке к делению происходит синтез новых нитей ДНК, в результате образуются дочерние хромосомы, и количество генетического материала удваивается.

Циклические изменения генетического материала во время митоза носят название клеточного цикла (рис.3). Синтез новых цепей ДНК происходит в S-периоде. В периоды G₁ и G₂ изменений в количестве ДНК не происходит.

Рис.3. Цикл деления клетки изменение количества наследственной информации в клетке: М – митоз; G₁ – интерфаза, изменений в количестве ДНК не происходит; S – период синтеза ДНК и подготовка к удвоению хромосом; G₂ – удвоение ДНК закончено; 2n – диплоид-ная клетка; 4 n – диплоидная клетка с удвоенными хро-мосомами.

Во время деления (М-фаза) происходит равномерное распределение генетического материала (рис.4). Идентичность распределения хромосом между дочерними клетками происходит за счет присоединения нитей веретена деления в центромерам удвоенных хромосом и перемещения их к различным полюсам. После распределения генетического материала формируется оболочка новых ядер, происходит разделение ядер (кариокинез), затем формируется клеточная пластинка между дочерними клетками и происходит их разделение (цитокинез).

Важно запомнить, что биологический смысл митоза – формирование идентичных наборов хромосом в дочерних клетках. Этот вид деления происходит при размножении соматических клеток организма при росте организма, а также при вегетативном размножении организмов. Поэтому особи, появившиеся в результате вегетативного размножения идентичны и составляют клон.

Мейоз или половое деление происходит в генеративных органах различных организмов. У растений такое деление происходит в материнских клетках макроспор в семяпочках завязи, а также в материнских клетках микроспор в спорогенной ткани пыльников. При рассмотрении событий необходимо помнить, что, как и в случае митоза, в начале мейоза хромосомы клетки удвоены.

Мейоз слагается из двух делений. Наиболее важные с точки зрения генетики события происходят в первом редукционном делении (рис.5). Обратите внимание, что в профазе I на стадиях лептотены – зиготены происходит конъюгация (слипание) удвоенных материнских и отцовских хромосом и образование комплекса из 4 хроматид - биваленты (дочерних хромосом). На стадиях пахитены – диплотены происходит обмен участками хромосом – кроссинговер.

В метафазе биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости делящейся клетки. При этом ориентация к полюсам материнских и отцовских хромосом происходит случайно, в результате к полюсам расходятся случайные комбинации хромосом. Именно на этом этапе закладывается случайное распределение генов, расположенных в хромосомах, а также происходит рекомбинация материала между гомологичными хромосомами. Эти явления лежат в основе закономерностей наследования признаков, выявляемых с помощью гибридологического анализа.

Рис.4. Схема стадий мейоза

Обратите внимание, что к каждому полюсу отходит только одна из парных хромосом, в результате число хромосом в ядрах сокращается вдвое, т.е. происходит редукция числа хромосом.

После распределения ядерного материала в редукционном делении у большинства покрытосеменных происходит деление клеток, а у голосеменных растений цитокинез не происходит.

Во время второго эквационного (равного) деления происходит распределение удвоенных дочерних хромосом между клетками, в результате образуются 4 клетки, содержащие гаплоидный набор хромосом n.

Биологическое значение мейоза заключается в том, что в результате деления происходит образование гамет с половинным набором хромосом. Диплоидный набор хромосом восстанавливается в процессе оплодотворения. Таким образом, мейоз обеспечивает возможность сохранения характерного для видов количества генетического материала. Кроме того, в процессе мейоза происходит случайное распределение хромосом в гаметы и обмен участками между хромосомами, это дает различные сочетания генов у потомков (рекомбинацию генов). Рекомбинация генетического материала дает основу для появления спектра новых форм - исходного материала для эволюции и селекции растений.