Митоз (наряду со стадией цитокинеза) – это процесс того, как эукариотическая соматическая клетка или клетка тела делится на две идентичные диплоидные клетки. Мейоз – это другой тип клеточного деления, который начинается с одной клетки, имеющей нужное количество хромосом, и заканчивается четырьмя клетками – гаплоидными клетками – с половиной нормального числа хромосом.
У человека почти все клетки подвергаются митозу. Единственные человеческие клетки, которые образуются в результате мейоза, – это гаметы или половые клетки: яйцеклетка или яйцеклетка у женщин и сперма у мужчин. Гаметы имеют только половину количества хромосом по сравнению с нормальной клеткой тела, потому что, когда гаметы сливаются во время оплодотворения, полученная клетка, называемая зиготой, затем имеет правильное количество хромосом. Вот почему потомство представляет собой смесь генетики от матери и отца (отцовская гамета несет половину хромосом, а материнская гамета несет другую половину) и почему существует такое большое генетическое разнообразие даже внутри семей.
Хотя митоз и мейоз имеют очень разные результаты, процессы схожи, с небольшими изменениями на каждой стадии. Оба процесса начинаются после того, как клетка проходит через интерфазу и копирует свою ДНК точно в фазе синтеза или S-фазе. На данный момент каждая хромосома состоит из сестринских хроматид, удерживаемых центромерой. Сестринские хроматиды идентичны друг другу. Во время митоза клетка проходит митотическую фазу или фазу М только один раз, заканчиваясь двумя идентичными диплоидными клетками. В мейозе есть два раунда фазы М, в результате чего образуются четыре гаплоидных клетки, которые не идентичны.
Стадии митоза и мейоза
Существует четыре стадии митоза и восемь стадий мейоза. Поскольку мейоз проходит два раунда расщепления, он делится на мейоз I и мейоз II. Каждая стадия митоза и мейоза имеет множество изменений, происходящих в клетке, но очень похожие, если не идентичные, важные события отмечают эту стадию. Сравнить митоз и мейоз довольно легко, если принять во внимание эти важные события:
Профаза
Первая стадия называется профазой в митозе и профазой I или профазой II в мейозе I и мейозе II. Во время профазы ядро готовится к делению. Это означает, что ядерная оболочка должна исчезнуть, и хромосомы начинают конденсироваться. Кроме того, веретено начинает формироваться внутри центриоли клетки, что помогает в делении хромосом на более поздней стадии. Все это происходит в митотической профазе, профазе I и обычно в профазе II. Иногда в начале профазы II нет ядерной оболочки, и в большинстве случаев хромосомы уже конденсируются из мейоза I.
Есть несколько отличий между митотической профазой и профазой I. Во время профазы I гомологичные хромосомы объединяются. У каждой хромосомы есть подходящая хромосома, которая несет одни и те же гены и обычно имеет одинаковый размер и форму. Эти пары называются гомологичными парами хромосом. Одна гомологичная хромосома произошла от отца человека, а другая от матери человека. Во время профазы I эти гомологичные хромосомы объединяются в пары, а иногда и переплетаются.
Во время профазы I может произойти процесс, называемый кроссинговером. Это когда гомологичные хромосомы перекрываются и обмениваются генетический материал. Фактические части одной из сестринских хроматид отламываются и присоединяются к другому гомологу. Цель кроссинговера – дальнейшее увеличение генетического разнообразия, поскольку аллели этих генов теперь находятся на разных хромосомах и могут быть помещены в разные гаметы в конце мейоза II.
Метафаза
В метафазе хромосомы выстраиваются в линию на экваторе или середине клетки, и вновь сформированное веретено прикрепляется к этим хромосомам, чтобы подготовиться к их разъединению. В митотической метафазе и метафазе II веретена прикрепляются к каждой стороне центромер, удерживая сестринские хроматиды вместе. Однако в метафазе I веретено прикрепляется к различным гомологичным хромосомам на центромере. Следовательно, в митотической метафазе и метафазе II веретена с каждой стороны клетки связаны с одной и той же хромосомой.
В метафазе I только одно веретено с одной стороны клетки соединены со всей хромосомой. Веретена с противоположных сторон клетки прикреплены к разным гомологичным хромосомам. Это крепление и настройка необходимы для следующего этапа. В то время есть контрольная точка, чтобы убедиться, что все было сделано правильно.
Anaphase
Анафаза – это этап, на котором происходит физическое расщепление. В митотической анафазе и анафазе II сестринские хроматиды раздвигаются и перемещаются в противоположные стороны клетки за счет втягивания и укорочения веретена. Поскольку веретена прикреплены к центромере по обе стороны одной и той же хромосомы во время метафазы, это по существу разрывает хромосому на две отдельные хроматиды. Митотическая анафаза разделяет идентичные сестринские хроматиды, поэтому в каждой клетке будет идентичная генетика.
В анафазе I сестринские хроматиды, скорее всего, не являются идентичными копиями, поскольку они, вероятно, подверглись кроссинговеру во время профазы I. В анафазе I сестринские хроматиды остаются вместе, но гомологичные пары хромосом разделяются и переносятся на противоположные стороны клетки.
Заключительная стадия называется телофазой. В митотической телофазе и телофазе II большая часть того, что было сделано во время профазы, будет отменена.. Веретено начинает разрушаться и исчезать, ядерная оболочка начинает появляться снова, хромосомы начинают распадаться, и клетка готовится к расщеплению во время цитокинеза. На этом этапе митотическая телофаза перейдет в цитокинез, что приведет к созданию двух идентичных диплоидных клеток. Телофаза II уже прошла одно деление в конце мейоза I, поэтому она перейдет в цитокинез, образуя в общей сложности четыре гаплоидных клетки.
Телофаза I может или может не видеть подобных вещей, в зависимости от типа ячейки. Веретено сломается, но ядерная оболочка может не появиться снова, а хромосомы останутся плотно сплетенными. Кроме того, некоторые клетки переходят прямо в профазу II вместо разделения на две клетки во время цикла цитокинеза.
Митоз и мейоз в эволюции
В большинстве случаев мутации в ДНК соматических клеток, которые претерпевают митоз, не передаются потомству и, следовательно, не применимы к естественному отбору и не способствуют эволюции вида. Однако ошибки в мейозе и случайное смешение генов и хромосом на протяжении всего процесса способствуют генетическому разнообразию и движут эволюцию. Кроссинговер создает новую комбинацию генов, которая может кодировать благоприятную адаптацию.
Независимый набор хромосом во время метафазы I также ведет к генетическому разнообразию. То, как гомологичные пары хромосом выстраиваются в линию на этом этапе, случайно, поэтому смешивание и сопоставление признаков имеет множество вариантов и вносит свой вклад в разнообразие. Наконец, случайное оплодотворение также может увеличить генетическое разнообразие. Поскольку в идеале в конце мейоза II имеется четыре генетически различных гаметы, то какая из них фактически используется во время оплодотворения, является случайной. Поскольку доступные черты смешиваются и передаются по наследству, естественный отбор воздействует на них и выбирает наиболее благоприятные адаптации в качестве предпочтительных фенотипов индивидов.