ძირითადი მასალა
მეიოზი
როგორ ანახევრებს მეიოზი ქრომოსომების რიცხვს: კროსინგ ოვერი, მეიოზი I, მეიოზი II და გენეტიკური ვარიაცია.
შესავალი
თქვენს ორგანიზმში უჯრედის გაყოფა თითქმის ყველა შემთხვევაში მიტოზის გზით მიმდინარეობს. მისი წყალობით განვითარების პროცესში ახალი უჯრედები ემატება სხეულს, სიცოცხლის მანძილზე კი ძველი და გაცვეთილი ჩანაცვლდება. მიტოზის დანიშნულებაა, წარმოქმნას გენეტიკურად დედა უჯრედის იდენტური შვილეული უჯრედები, რომლებსაც ზუსტად იმდენივე ქრომოსომა ექნებათ, რამდენიც საწყის უჯრედს, არც მეტი და არც ნაკლები.
მეიოზი, მეორე მხრივ, ადამიანის ორგანიზმში მხოლოდ ერთი მიზნით გამოიყენება: გამეტების, ანუ სასქესო უჯრედების - კვერცხუჯრედისა და სპერმატოზოიდის -წარმოსაქმნელად. მისი დანიშნულებაა, შვილეულ უჯრედებს დედა უჯრედზე ზუსტად ორჯერ ნაკლები ქრომოსომა ჰქონდეთ.
სხვანაირად რომ ვთქვათ, ადამიანებში მეიოზი გაყოფის პროცესია, რომლის შედეგადაც დიპლოიდური (ანუ ქრომოსომების ორი ნაკრების მქონე) უჯრედისგან ორი ცალი ჰაპლოიდური (ქრომოსომების ერთი ნაკრების მქონე) უჯრედი წარმოიქმნება. ადამიანებში მეიოზის შედეგად წარმოქმნილ ჰაპლოიდურ უჯრედებს სპერმატოზოიდი და კვერცხუჯრედი ეწოდება. განაყოფიერებისას მათი შერწყმის შედეგად ქრომოსომების ორი ჰაპლოიდური ნაკრები ერთიანდება და დიპლოიდური მიიღება - ახალი გენომი.
მეიოზის ფაზები
მეიოზი ბევრი რამით მიტოზის მსგავსია. უჯრედი იმავე ფაზებს გაივლის და იმავე ხერხებს იყენებს ქრომოსომების ორგანიზაციისა და განცალკევებისთვის, თუმცა მეიოზში უჯრედს უფრო რთული დავალება აქვს. მან ჯერ დობილი ქრომატიდები (გაორმაგებული ქრომოსომის ნახევრები) უნდა განაცალკევოს ერთმანეთისგან, როგორც მიტოზში. ამის შემდეგ კი ჰომოლოგიური ქრომოსომები უნდა დააშოროს ერთმანეთს - ქრომოსომათა მსგავსი, მაგრამ არაიდენტური წყვილები, რომლებსაც ორგანიზმი თავისი მშობლებისგან იღებს.
ამ მიზნების მისაღწევად უჯრედი ორ ეტაპად იყოფა მეიოზით. პირველ ჯერზე ქრომოსომების ჰომოლოგიური წყვილები განცალკევდება, რასაც I მეიოზი ეწოდება. დობილი ქრომატიდები მეორე ეტაპზე დაშორდება ერთმანეთს, II მეიოზში.
რადგანაც უჯრედი მეიოზში ორჯერ იყოფა, ერთი საწყისი უჯრედიდან ოთხი გამეტა მიიღება (კვერცხუჯრედი ან სპერმატოზოიდი). თითოეული გაყოფა ოთხი ფაზისგან შედგება: პროფაზა, მეტაფაზა, ანაფაზა და ტელოფაზა.
I მეიოზი
I მეიოზის დაწყებამდე უჯრედმა ჯერ ინტერფაზა უნდა გაიაროს. ისევე, როგორც მიტოზში, უჯრედი Gstart subscript, 1, end subscript ფაზაში იზრდება, S ფაზაში ყველა ქრომოსომას აორმაგებს და გასაყოფად Gstart subscript, 2, end subscript ფაზაში ემზადება.
I პროფაზაში უკვე ჩნდება განსხვავებები მეიოზსა და მიტოზს შორის. მიტოზში ამ ფაზაში ქრომოსომები კონდენსაციას იწყებენ, მაგრამ მეიოზში ისინი წყვილდებიან კიდეც. თითოეული ქრომოსომა ზუსტად თავისი ჰომოლოგიური წყვილის გვერდზე განთავსდება ისე, რომ მთელ სიგრძეზე ერთმანეთის პარალელურად იყოს მათი მსგავსი უბნები.
მაგალითად, ქვედა სურათზე ასოებით A, B და C მითითებულია ქრომოსომის განსაზღვრულ უბნებზე მდებარე გენები. მათი განსხვავებული ფორმები, ანუ ალელები, დიდი და პატარა ასოებითაა აღნიშნული. დნმ-ის ჯაჭვი თითოეულ ჰომოლოგზე ერთსა და იმავე წერტილში წყდება - ამ შემთხვევაში B და C გენებს შორის - გადაჯვარედინდება და ორი ჰომოლოგიური ქრომოსომა ერთმანეთს დნმ-ის ნაწილს უცვლის.
პროცესს, რომლის დროსაც ჰომოლოგიური ქრომოსომები ერთმანეთს ნაწილებს უცვლიან, კროსინგოვერი (ინგ. crossing over - გადაჯვარედინება) ეწოდება. იგი სპეციალური ცილოვანი სტრუქტურის, სინაპტონემალური კომპლექსის, დახმარებით წარიმართება, რომელიც ჰომოლოგებს ერთმანეთის გასწვრივ აფიქსირებს. რეალურად, კროსინგოვერის დროს ერთი ქრომოსომა მეორეზე ზემოდან თავსდება - როგორც ქვედა სურათზე ჩანს - თუმცა ზედა სურათზე ისინი გვერდიგვერდაა დახატული, რათა უფრო თვალსაჩინო იყოს გენეტიკური მასალის გაცვლა.
კროსინგოვერის დროს მიკროსკოპში ქიაზმები ჩანს, ჯვარედინის ფორმის სტრუქტურები, რომლითაც ჰომოლოგები ერთმანეთთანაა დაკავშირებული. ქიაზმები ჰომოლოგიურ ქრომოსომებს დაკავშირებულ მდგომარეობაში აჩერებს სინაპტონემალური კომპლექსის დაშლის შემდეგაც კი, შესაბამისად, თითოეული ჰომოლოგიურ წყვილს ერთი ქიაზმა მაინც ესაჭიროება, თუმცა კიდევ უფრო ხშირია მრავლობითი კროსინგოვერი (25 მდეც კი!) თითოეულ ჰომოლოგს შორის.
კროსინგოვერის უბნები მეტნაკლებად შემთხვევითია, შესაბამისად, ამ პროცესის წყალობით ახლებური, გადაწყობილი, „რემიქსი" ქრომოსომები ყალიბდება ალელების უნიკალური კომბინაციით.
კროსინგოვერის შემდეგ გაყოფის თითისტარა ქრომოსომებს იჭერს და მათ უჯრედის შუა ნაწილში, ეკვატორზე განალაგებს (მეტაფაზურ ფირფიტაზე). ეს შესაძლოა, გეცნობათ მიტოზიდან, მაგრამ ყურადღება მიაქციეთ განსხვავებას: თითოეული ქრომოსომა მხოლოდ ერთი პოლუსიდან წამოსულ მიკრომილაკებს უკავშირდება. შესაბამისად, ჰომოლოგიური წყვილიდან ერთი ქრომოსომა ერთ პოლუსთან იქნება დაკავშირებული, მეორე კი - მეორესთან. ანუ, I მეტაფაზაში მეტაფაზურ ფირფიტაზე ჰომლოგიური წყვილები განლაგდებიან განსაცალკევებლად და არა - ცალკეული ქრომოსომები.
ჰომოლოგიური წყვილების მეტაფაზურ ფირფიტაზე განლაგებისას მათი სივრცეში ორიენტაცია შემთხვევითია. მაგალითად, ზედა დიაგრამაზე, დიდი ქრომოსომის ვარდისფერი ვერსია და პატარა ქრომოსომის იისფერი ვერსია ერთი პოლუსისკენაა მოქცეული და ერთსა და იმავე უჯრედში მოხვდება. მაგრამ მათი ორიენტაცია საპირისპიროც შეიძლებოდა ყოფილიყო და ორი იისფერი ქრომოსომა მოხვედრილიყო ერთ უჯრედში. ამის წყალობით ჰომოლოგთა სხვადასხვა ნაკრების მქონე გამეტები ყალიბდება.
I ანაფაზაში ჰომოლოგები ერთმანეთს შორდება და უჯრედის საპირისპირო ბოლოებისკენ გადაადგილდება, თუმცა თითოეული ქრომოსომის დობილი ქრომატიდები ჯერ კიდევ ერთმანეთთანაა დაკავშირებული და არ განცალკევდება.
დაბოლოს, I ტელოფაზაში ქრომოსომები უჯრედის საპირისპირო პოლუსებს აღწევს. ზოგ ორგანიზმში ბირთვის მემბრანა ხელახლა ყალიბდება და ქრომოსომები დეკონდენსირდება, ზოგში კი ეს საფეხური გამოიტოვება, რადგანაც უჯრედები მალევე მეორეჯერ უნდა გაიყოს, II მეიოზშიstart superscript, 2, comma, 3, end superscript. ციტოკინეზი, როგორც წესი I ტელოფაზასთან ერთად მიმდინარეობს და საბოლოოდ ორი ჰაპლოიდური შვილეული უჯრედი მიიღება.
II მეიოზი
უჯრედები I მეიოზიდან II მეიოზში დნმ-ის გაორმაგების გარეშე გადადიან. II მეიოზი I-ის შემოკლებული და გამარტივებული ვერსიაა და შეგიძლიათ, II მეიოზი „ჰაპლოოდური უჯრედის მიტოზად" წარმოიდგინოთ.
II მეიოზს ის უჯრედები იწყებენ, რომლებიც I მეიოზში წარმოიქმნა. ისინი ჰაპლოიდურია - ანუ თითოეული ჰომოლოგიური წყვილიდან მხოლოდ ერთი ქრომოსომა აქვთ - მაგრამ თითოეული მაინც ორი დობილი ქრომატიდისგან შედგება. II მეიოზში დობილი ქრომატიდები განცალკევდება და მიიღება ჰაპლოიდური უჯრედები, რომელთაც თითოეული ქრომოსომის მხოლოდ ერთი ასლი აქვთ, ორის ნაცვლად.
II პროფაზაში ქრომოსომები კონდენსირდება და ბირთვის გარსი იშლება, საჭიროების შემთხვევაში. ცენტროსომები ერთმანეთს შორდება, მათ შორის გაყოფის თითისტარა წარმოიქმნება და მიკროტუბულები ქრომოსომების დაჭერას იწყებს.
თითოეული ქრომოსომის ორ დობილ ქრომატიდს სხვადასხვა პოლუსიდან მომავალი მიკრომილაკები უკავშირდება. II მეტაფაზაში ცალკეული ქრომოსომები განლაგდება მეტაფაზურ ფირფიტაზე.
II ანაფაზაში დობილი ქრომატიდები განცალკევდება და უჯრედის საპირისპირო პოლუსებისკენ გადაადგილდება.
II ტელოფაზაში ბირთვის მემბრანა ყალიბდება ქრომოსომების თითოეული ნაკრების გარშემო და ქრომოსომები დეკონდენსირდება. ციტოკინეზის მეშვეობით ეს ნაკრებები ორ ახალ უჯრედში გადანაწილდება და მეიოზის საბოლოო შედეგიც მიიღება: ოთხი ჰაპლოიდური უჯრედი, რომლებშიც თითოეული ქრომოსომა მხოლოდ ერთი ქრომატიდითაა წარმოდგენილი. ადამიანებში მეიოზის შედეგად სპერმატოზოიდი და კვერცხუჯრედი მიიღება.
გენების „შერევა და შეხამება" მეიოზში
მეიოზში წარმოქმნილი ყველა გამეტა ჰაპლოიდურია, მაგრამ ისინი გენეტიკურად იდენტური არ არის. მაგალითისთვის განვიხილოთ II მეიოზის დიაგრამა ზევით, რომელზეც ნაჩვენებია 2, n, equals, 4 ქრომოსომათა ნაკრების მქონე უჯრედიდან წარმოქმნილი გამეტები. თითოეულ გამეტაში საწყის უჯრედში არსებული გენეტიკური მასალის უნიკალური „ნიმუშია" წარმოდგენილი.
როგორც აღმოჩნდა, პოტენციურად დიაგრამაზე ნაჩვენებ 4 გამეტაზე ბევრად მეტის წარმოქმნაა შესაძლებელი, მხოლოდ ოთხი ქრომოსომის მქონე უჯრედიდანაც კი. მრავალი გენეტიკურად განსხვავებული გამეტის წარმოქმნის ორი ძირითადი მიზეზია:
- კროსინგოვერი. ის უბნები, სადაც ჰომოლოგიური ქრომოსომები ჯვარედინდება და გენეტიკურ მასალას ცვლის, მეტნაკლებად შემთხვევითად „შეირჩევა", შესაბამისად, ისინი განსხვავებული იქნება თითოეულ უჯრედში, რომელიც მეიოზით იყოფა. თუ მეიოზი მრავალჯერ წარიმართა, როგორც ადამიანებში ხდება, ქრომოსომები ბევრ სხვადასხვა წერტილში გადაჯვარედინდება.
- ჰომოლოგიური წყვილების შემთხვევითი განლაგება. I მეტაფაზაში ფირფიტაზე განლაგებისას ჰომოლოგიური წყვილები შემთხვევითად ორიენტირდება სივრცეში. ამის გამო ისინი გამეტებში მრავალი სხვადასხვა კომბინაციით შეიძლება გადანაწილდნენ.
ადამიანის უჯრედში ჰომოლოგიური წყვილების შემთხვევითი განლაგების წყალობით 8 start text, მ, ი, ლ, ი, ო, ნ, ზ, ე, end text მეტი სხვადასხვანაირი გამეტის წარმოქმნა შეიძლებაstart superscript, 7, end superscript. თუ კროსინგოვერით მიღებულ კომბინაციათა მრავალფეროვნებასაც დავამატებთ ამას, გამოვა, რომ თქვენ - და ნებისმიერ სხვა ადამიანს - გენეტიკურად განსხვავებული გამეტების ფაქტობრივად უსასრულო რაოდენობა შეგიძლიათ წარმოქმნათ.
იხილეთ ვიდეო სახეობისშიდა მრავალფეროვნებაზე და გაიგეთ, რატომაა მნიშვნელოვანი მეიოზის (და განაყოფიერების) პროცესში წარმოქმნილი მრავალფეროვნება ევოლუციისთვის და როგორ ეხმარება იგი პოპულაციებს გადარჩენაში.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
რამდენი ქრომოსომაა პირველი მეიოზის ბოლოს და მეორე მეიოზის ბოლოს(1 მოწონება)