Tout le monde sait qu'avec la reproduction sexuée, un nouvel organisme apparaît à la suite de la fusion de deux gamètes (cellules sexuelles). La gamétogenèse, ou la formation de cellules génératives, se produit à travers une division spécifique appelée méiose. Quelle est l'essence de ce processus, quelles sont ses étapes, nous le dirons dans cet article.
Un peu de culture générale
Pour la plupart des organismes hétérosexuels de notre planète, la reproduction sexuée est caractéristique. Dans ce cas, les gamètes ont un demi-ensemble de chromosomes, appelé haploïde (n). À la suite de la fusion des gamètes, un zygote est formé, dans lequel la diploïdie est restaurée, et l'ensemble des chromosomes est désigné 2n, qui est l'essence de la méiose (brièvement).
Par exemple, la drosophile (mouche des fruits) n'a que 4 chromosomes - c'est un ensemble diploïde. Les gamètes de son noyau n'ont que 2 chromosomes. Chez l'homme, dans chaque cellule du noyau, il y a 46 chromosomes, et dans les gamètes (ovule et sperme) - 23 chacun.
Maisla restauration de la diploïdie lors de la reproduction sexuée n'est qu'une petite partie de ce qu'est l'essence de la méiose.
Chromosomes et chromatides
Pour comprendre le contenu suivant, il est important de comprendre la différence entre les deux.
Les chromosomes (la désignation n est utilisée) sont appelés porteurs de matériel génétique, mais ce sont simplement des molécules d'ADN (acide désoxyribonucléique), multipliées en spirale et situées dans le noyau des cellules d'eucaryotes (ayant un noyau avec une gaine membranaire) organismes. Sous la forme dans laquelle nous avons l'habitude de les voir dans les manuels et les ouvrages de référence (la photo ci-dessus montre des chromosomes humains), ils ne deviennent perceptibles que pendant l'interphase, avant la division cellulaire, lorsqu'ils ont déjà doublé.
Mais les chromatides (notées par) - ce n'est que la partie structurelle du chromosome, qui a déjà subi le processus de réplication (doublement) dans l'interphase avant la division cellulaire. Une chromatide est l'une des deux copies d'ADN qui sont reliées à ce moment par une constriction spéciale (centromère).
Tant que deux chromatides sont reliées par un centromère, elles sont appelées chromatides sœurs. Et ce n'est que pendant la division sexuelle des cellules (méiose) qu'elles se séparent et représentent des unités indépendantes de matériel héréditaire, et si un croisement s'est produit entre elles (plus à ce sujet plus tard), alors elles ont subi des changements dans la séquence du gène.
Tous les chromosomes ont une forme et une taille différentes au sein d'une paire homologue (identique). L'ensemble complet des chromosomes des cellules d'une même espèce est appelé caryotype. Ainsi, chez l'homme, le caryotype est de 46 chromosomes,dont 22 paires sont homologues ou autosomes, et 23 paires sont des chromosomes sexuels (X et Y). Dans les gamètes humains (spermatozoïdes et ovules), il existe un demi-ensemble (haploïde) de chromosomes - 23 autosomes et 1 chromosome sexuel (X ou Y).
Juste la méiose fournit un tel ensemble de gamètes.
Division cellulaire spéciale
Division spécifique avec formation de cellules germinales - la méiose (du mot grec Μείωσις, qui signifie réduction) est un ensemble de deux divisions cellulaires consécutives, à la suite desquelles le noyau se divise deux fois et les chromosomes une seule fois. De ce fait, il y a une diminution (réduction) de moitié du jeu de chromosomes dans les gamètes, ce qui, lorsqu'ils fusionnent, restaure la diploïdie du zygote. C'est sa signification biologique.
La méiose (ses phases) dans tous les organismes vivants se déroule de la même manière:
- La première division (réduction), après quoi le nombre de chromosomes est divisé par deux.
- La deuxième division (équationnelle) se produit comme une simple division (mitose). On l'appelle aussi leveling.
Première division méiotique
Lors de la préparation d'une cellule pour la division (interphase) dans le noyau, le nombre de chromosomes double (il y en a 4 n), ce qui est typique pour les cellules qui se divisent par simple division (mitose). Dans les cellules des précurseurs des gamètes (chez l'homme, les spermatocytes et les ovocytes), un tel doublement ne se produit pas dans l'interphase, et la cellule commence la méiose avec un ensemble de chromosomes 2n et passeles étapes suivantes:
- Prophase I. À ce stade, les chromosomes deviennent plus denses et plus rapprochés. La conjugaison (adhésion) de chromosomes homologues (une paire) se produit, au cours de laquelle se produit un croisement. Ce processus n'est caractéristique que pour la méiose (quelle est l'essence, nous décrirons ci-dessous). Ensuite, les chromosomes sont séparés, la coquille du noyau cellulaire est détruite et le fuseau de division commence à se former.
- Métaphase I. Les fibres du fuseau s'attachent aux centromères des chromosomes, et elles-mêmes sont situées le long de l'équateur de division face à face, et non sur la même ligne (comme dans la mitose).
- Anaphase I. Les fils de fuseau étirent les chromosomes jusqu'aux pôles. En bref, la signification et l'essence de la méiose résident dans cette phase de division - les pôles ont n chromosomes.
- Telophase I. À ce stade, les enveloppes nucléaires se forment. Chez les animaux et certaines plantes, une division supplémentaire du cytoplasme se produit et deux cellules filles se forment.
Les cellules formées entrent en interphase, qui est soit très courte soit absente.
Deuxième division méiotique
La méiose II a les mêmes phases:
- Prophase II. Les chromosomes deviennent plus denses, les membranes nucléaires disparaissent et le fuseau de fission commence à apparaître (photo ci-dessus).
- Pendant la métaphase II, la formation du fuseau se poursuit et les chromosomes sont situés le long de l'équateur de division.
- Anaphase II. Les chromosomes sont étirés jusqu'aux pôles de la cellule (photo ci-dessous).
- Télophase II. Des membranes nucléaires se forment, le cytoplasme se divise entredeux cellules.
Avec cette division, le nombre de chromosomes ne change pas, mais chacun d'eux est constitué d'une seule chromatide (unité structurelle). C'est l'essence de la méiose II. Les cellules sont formées avec un ensemble haploïde de chromosomes dans chacune (n).
Signification biologique de la méiose
Qu'est-ce que c'est, c'est déjà devenu clair:
- La méiose est un mécanisme parfait qui assure la constance du caryotype (nombre de chromosomes) d'une espèce inhérente à la reproduction sexuée.
- En raison de deux divisions consécutives de la méiose, le nombre de chromosomes dans les gamètes devient haploïde et il devient logique de restaurer la diploïdie lorsqu'ils fusionnent (fertilisent) avec la formation d'un zygote avec le caryotype diploïde d'origine.
- C'est la méiose qui fournit aux organismes une propriété telle que la variabilité. En prophase I - en raison du croisement, et en anaphase I - en raison du fait que des chromosomes homologues avec des gènes différents peuvent se retrouver dans des gamètes différents.
Qu'est-ce que le Crossover
Revenons à la prophase I de la méiose. C'est à ce moment, lorsque les chromosomes homologues se sont rapprochés et presque collés, qu'un échange entre eux de n'importe quel site peut se produire. C'est cet échange que l'on appelle crossing over, qui traduit littéralement de l'anglais (crossing over) signifie croisement ou croisement.
En d'autres termes, une partie d'un chromosome peut échanger sa place avec la même partie d'un autre chromosome de la même paire. Ce mécanisme fournit une variabilité génétique recombinative des organismes. mélangergènes conduit à une biodiversité accrue au sein d'une même espèce.
Cycle de vie et méiose
Selon le stade du cycle de vie de la méiose, il existe trois types de méiose en biologie:
- Initial (zygote) se produit immédiatement après la fécondation dans le zygote. Ce type de méiose est typique des organismes avec une prédominance de la phase haploïde dans le cycle de vie. Ce sont des champignons (ascomycètes et basidomycètes), certaines algues (chlamydomonas), des protozoaires (sporozoas).
- La méiose intermédiaire (spore) se produit lors de la formation de spores dans des organismes avec une alternance uniforme de formes diploïdes et haploïdes. Ce sont les spores supérieures (mousses, lycopodes, prêles, fougères), les gymnospermes et les angiospermes. Chez les animaux, ce type de méiose est caractéristique des protozoaires foraminifères marins.
- La méiose finale (gamétique) est inhérente à tous les animaux multicellulaires, aux algues fucus et à certains protozoaires (ciliés). Chez ces organismes, la phase diploïde prédomine dans le cycle de vie, et seuls les gamètes ont un ensemble haploïde de chromosomes.
Résumer
Les élèves se familiarisent avec l'essence de la méiose en 6e année lorsqu'ils étudient les protozoaires, les algues et passent à l'étude de la biologie végétale. Ce concept clé de la biologie générale et des mécanismes de formation des cellules germinales (gamètes) nous permet de comprendre les points communs de toute vie sur notre planète, de comprendre les différents cycles de vie des plantes et des animaux.
De plus, c'est à la méiose que nous devrions êtresont reconnaissants de la diversité intraspécifique de l'espèce biologique Homo sapiens. Au cours de l'étude de la biologie dans les classes suivantes, les étudiants continuent d'étudier les phases de la division sexuelle, et lorsqu'ils se familiarisent avec la génétique, les lois de l'hérédité et de la variabilité.
L'étude des mécanismes de diverses divisions cellulaires nous permet de comprendre le caractère unique et l'opportunité des lois de la nature, qui se sont formées au cours de milliards d'années d'évolution sur une seule planète du système solaire. Et nous avons eu la chance d'être nés dessus.
