Meiózis
A meiózis a sejtosztódás egy speciális típusa. A mitózissal, a normál testi sejtek osztódási módjával ellentétben a meiózis olyan sejteket eredményez, amelyekben a kromoszómák száma csak fele a szokásosnak, minden kromoszómapárból egy-egy. Emiatt a meiózist gyakran nevezik redukciós osztódásnak. Hosszú távon a meiózis növeli a genetikai változatosságot, amit később megmagyarázunk.
Az ivaros szaporodásra akkor kerül sor, amikor a spermium megtermékenyít egy petesejtet. A petesejtek és a spermiumok különleges sejtek, amelyeket ivarsejteknek neveznek. A gameták haploidok; csak feleannyi kromoszómával rendelkeznek, mint a normál testi sejtek (az úgynevezett szomatikus sejtek). A megtermékenyítéssel a testsejtekben lévő kromoszómák száma visszaáll a diploidra.
A kromoszómák alapszámát egy faj testsejtjeiben szomatikus számnak nevezzük, és 2n-nek jelöljük. Az emberben 2n = 46: 46 kromoszómánk van. A nemi sejtekben a kromoszómaszám n (ember: n = 23). Tehát a normális diploid szervezetekben a kromoszómák két példányban vannak jelen, mindkét szülőtől egy-egy példányban (23x2=46). Az egyetlen kivételt a nemi kromoszómák jelentik. Az emlősöknél a nősténynek két X kromoszómája van, a hímnek pedig egy X és egy Y kromoszómája.
A kariotípus egy eukarióta faj jellegzetes kromoszómaszáma. A kariotípusok elkészítése és tanulmányozása a citogenetika, azaz a sejtgenetika része.
Minden eukarióta, amely szexuálisan szaporodik, meiózist alkalmaz. Ide tartozik számos egysejtű szervezet is. A meiózis nem fordul elő az archaea és a baktériumok esetében, amelyek aszexuális folyamatokkal, például bináris hasadással szaporodnak.
Az átkereszteződés a homológ kromoszómák kromatidái között történik.
A meiózis mint az ivaros szaporodás része
A megtermékenyítés jelentősége
Az utód mindkét szülőtől kap egy-egy kromoszómakészletet, így összességében az öröklődésének fele mindkét szülőtől származik. A két kromoszómakészlet azonban nem azonos a szülői kromoszómákkal. Ennek oka, hogy a redukciós osztódás során egy kereszteződésnek nevezett folyamat révén megváltoznak.
A meiózis jelentősége
Ennek két oka van:
1. Először is, az egyes petesejtekben vagy spermiumokban lévő kromoszómák egyetlen készletre való csökkentése.
A két kromoszóma egy párban nem azonos, mert a kromoszómák bármelyik adott lókuszában a két kromoszómán különböző allélok (a gén különböző formái) lehetnek. Gondoljunk minden kromoszómapárra, mindkét szülőtől egy-egy készletre. Minden párból csak egy kerül minden egyes ivarsejtbe. Az ivarsejtek tehát elsősorban azért különböznek, mert minden párból az ivarsejt az apa vagy az anya kromoszómáját kaphatja. Ezt nevezzük "független szortimentációnak".
2. A keresztezés-átvitel lehetővé tétele a szülői kromoszómapárok között. Az átkereszteződés megváltoztatja, hogy mely allélok ülnek egy adott kromoszómán.
Tehát, bár az "anya" és az "apa" kromoszómáiként írják le, a gyakorlatban az ivarsejtek kromoszómái nem mind megegyeznek a szülők kromoszómáival. Ennek oka, hogy a meiózis során a kromoszómák darabjai kicserélődtek.
Bár az ivarsejtek csak egy kromoszómakészlettel rendelkeznek, ez a készlet a két szülő genetikai anyagának keveréke. Minden egyes petesejt vagy spermium a szülői kromoszómák alléljainak különböző választékával rendelkezhet.
A kártyapakli keveréséhez hasonlóan a gének számos különböző kombinációja hozható létre anélkül, hogy bármelyik génben változás (mutáció) következne be. Mutációk azonban előfordulnak, és ezek olyan allélokat adhatnak hozzá, amelyek korábban nem voltak jelen a populációban. Mindenesetre a keverés növeli az utódok változatosságát, és a változatosság legalább néhány utódnak nagyobb esélyt ad a túlélésre a nehéz időkben. Az allélok meiózis során végbemenő keveredése lehet az oka annak, hogy egyáltalán létezik szexuális szaporodás.
"Nem nehéz olyan okokat kitalálni, amelyek miatt a szexuális populációk hosszú távon előnyben lehetnek az aszexuális populációkkal szemben. Gyorsabban tudnak fejlődni a változó körülményeknek megfelelően..."
Különleges esetek
Ciklikus parthenogenezis
Számos meglehetősen nagy taxon (élőlénycsoport) használja a ciklikus parthenogenezist. Ilyenkor több nemzedék születik szűznemzéssel, majd egy nemzedék normál ivaros szaporodással. Ilyen például a levéltetvek és a kladoceránok (vízibolhának nevezett kis rákfélék). A levéltetvek általában a következőképpen működnek: amikor jó az időjárás, és a növényi gazdanövényeik a legjobb állapotban vannak, parthenogenezist alkalmaznak. A szezon végén, amikor az időjárás rosszabbra fordul, ivaros szaporodást alkalmaznak. Ezt a szaporodási rendszert apogámiának nevezik.
A parthenogenezis során a petesejtek csak az anya genetikai anyagát tartalmazzák, és nem termékenyülnek meg. A petesejtek vagy meiózis vagy mitózis útján keletkezhetnek. Méiózis esetén a kereszteződés révén olyan genetikai ujjlenyomat keletkezik, amely némileg eltér az anya genetikai ujjlenyomatától. A parthenogenetikus zöldlegyes utódok tehát nem azonosak, és mutatnak némi genetikai eltérést: néhány kromoszómaszegmens a meiózis miatt különbözik. A mitózis azonos utódokat eredményezne.
E parthenogenetikus taxonok között számos olyan faj van, amely teljesen lemondott a nemi életmódról.
A szexualitás elvesztése
Néhány eukarióta szervezet teljesen elvesztette az ivaros szaporodás képességét, és így nincs meiózis. Ezek közé tartoznak a Bdelloidrotifériák, amelyek csak parthenogenezissel szaporodnak.
A meiózis részletei
A meiózist meiózis I-re és meiózis II-re lehet osztani.
Meiózis I
Az első felosztás funkciója az átjárás lehetővé tétele. A mitózishoz hasonlóan a meiózis is magában foglalja a profázist, a metafázist, az anafázist és a telofázist.
I. profázis
A kromoszómák láthatóvá válnak, a magburkolat eltűnik, és a centriolák (a sejtmag tetején és alján) elkezdik a kromoszómákat körülvevő orsórostok kialakulását.
Ebben a szakaszban minden kromoszóma két testvérkromatidára válik szét, amelyeket a centromerek tartanak össze. A páros kromoszómáknak most négy kromatidája (2 "testvércsoport") van egymáshoz préselve. Az átkereszteződés a nem testvérkromatidák közül kettő között történik; a másik kettő nem kereszteződik. A kereszteződés a résztvevő kromatidák, a DNS és a kapcsolódó kromatinfehérje szegmenseinek cseréjét eredményezi. Genetikailag a folyamatot rekombinációnak nevezzük.
Metafázis I
A kromoszómák homológ párokban sorakoznak az orsórostok egyenlítői (középső vonala) mentén.
Anafázis I
A kromoszómák úgy oszlanak meg, hogy a sejt mindkét oldalán egyenlő mennyiségben legyenek. Mivel egy emberi sejtben 46 kromoszóma van, mindkét oldalra 23 jut.
(A citokinézis, a sejtek kettéosztódása zajlik le. A sejt osztódik.)
Telophase I
A két leánysejt teljesen szétválik, kialakul a sejtmagburkolat, és a kromoszómák kevésbé válnak láthatóvá. Mindkét sejtben 23 kromoszóma található.
Meiózis II
A két sejt az interkinézis vagy II. interfázis nevű szakaszban készül fel az újbóli osztódásra. Mindkét sejt átmegy a meiózis II. szakaszán.
Prophase II
A kromoszómák láthatóvá válnak, a magburkolat eltűnik, és a centriolák alkotják az orsórostokat.
Metafázis II
A kromoszómák az orsószálak középső vonala mentén sorakoznak fel.
Anafázis II
A kromoszómák két kromatidára osztódnak. A kromatidák a DNS (dezoxiribonukleinsav) két szála, amelyek a kromoszómát alkotják. Ezeket egy centromernek nevezett középső összeköttetés köti össze.
(A citokinézis lezajlik. A sejt osztódik.)
Telophase II
A sejtek teljesen felosztódtak. A sejtmaghüvely átalakul, és négy új sejt jön létre különböző DNS-sel.
A hímeknél mind a négy sejtből spermium lesz. Nőknél csak az egyikből lesz érett petesejt, míg a maradék három visszaszívódik a szervezetbe.
A meiózis eseményei, amelyek kromoszóma-kereszteződést mutatnak
Problémák
Az emberekben vannak bizonyos állapotok, amelyeket a rosszul sikerült meiózis okoz. Ilyenek például:
- Down-szindróma - a 21-es kromoszóma triszómiája
- Patau szindróma - a 13-as kromoszóma triszómiája
- Edwards-szindróma - a 18-as kromoszóma triszómiája
- Klinefelter-szindróma - extra X kromoszómák a férfiaknál - azaz XXY, XXXY, XXXXY
- Turner-szindróma - az egyik X-kromoszóma hiánya a nőknél - azaz XO
- Triple X szindróma - extra X kromoszóma a nőknél
- XYY szindróma - extra Y kromoszóma a férfiaknál
Kérdések és válaszok
K: Mi az a meiózis?
V: A meiózis a sejtosztódás egy olyan típusa, amely olyan sejteket eredményez, amelyekben a normális kromoszómák száma fele a normálisnak, minden kromoszómapárból egy-egy. Ezt redukáló osztásnak is nevezik.
K: Hogyan növeli a meiózis a genetikai variációt?
V: A meiózis növeli a genetikai változatosságot azáltal, hogy a gének új kombinációit hozza létre a profázis I. alatti keresztkötés és az anafázis I. alatti véletlenszerű szegregáció révén. Hogyan növeli a meiózis a genetikai változatosságot?
K: Mik azok a csírasejtek?
V: A gameták olyan speciális sejtek, amelyeket csírasejteknek vagy haploid sejteknek neveznek, és amelyek csak feleannyi kromoszómával rendelkeznek, mint a normál testsejtek (az úgynevezett szomatikus sejtek).
K: Mi az a szomatikus sejtszám?
V: Egy faj testsejtjeiben a kromoszómák alapszámát szomatikus számnak nevezzük, és 2n-nek jelöljük. Az embernél 2n = 46, tehát 46 kromoszómánk van.
K: Hány kromoszóma van az ivarsejtekben?
V: Az ivarsejtekben n kromoszóma van, ami az embernél 23 kromoszómát jelent. Tehát a normál diploid szervezetekben minden kromoszómának két példánya van - egy-egy a két szülőből (23x2=46). Ez alól csak a nemi kromoszómák jelentenek kivételt; az emlősöknél a nőstényeknek két X-kromoszómájuk van, a hímeknek pedig egy X- és egy Y-kromoszómájuk.
K. A meiózis az archaea vagy a baktériumoknál fordul elő?
V: Nem, a meiózis nem fordul elő az archaea és a baktériumok esetében, ezek egyszerű sejtosztódással szaporodnak.
K: Létezik-e szexuális szaporodás az egysejtűek között?
A Igen, az egysejtűek között előfordul az ivaros szaporodás, mivel ők is meiózist használnak az ivaros szaporodáshoz.
