Mejoza
Mejoza je posebna vrsta delitve celic. Za razliko od mitoze, pri kateri se delijo običajne telesne celice, pri mejozi nastanejo celice, ki imajo le polovico običajnega števila kromosomov, po enega iz vsakega para. Zato meiozo pogosto imenujemo redukcijska delitev. Na dolgi rok mejoza poveča genetsko variabilnost na način, ki bo pojasnjen pozneje.
Spolno razmnoževanje poteka, ko spermij oplodi jajčece. Jajčeca in spermiji so posebne celice, ki se imenujejo gamete ali spolne celice. Gamete so haploidne; imajo le polovico manj kromosomov kot običajne telesne celice (imenovane somatske celice). Z oploditvijo se število kromosomov v telesnih celicah povrne na diploidno število.
Osnovno število kromosomov v telesnih celicah neke vrste se imenuje somatsko število in je označeno z 2n. Pri ljudeh je 2n = 46: imamo 46 kromosomov. V spolnih celicah je število kromosomov n (pri človeku: n = 23). V običajnih diploidnih organizmih so torej kromosomi prisotni v dveh kopijah, po ena od vsakega starša (23x2=46). Edina izjema so spolni kromosomi. Pri sesalcih ima samica dva kromosoma X, samec pa en kromosom X in en kromosom Y.
Kariotip je značilno število kromosomov za evkarionte. Priprava in preučevanje kariotipov je del citogenetike, genetike celic.
Vsi evkarionti, ki se razmnožujejo spolno, uporabljajo mejozo. Sem spadajo tudi številni enocelični organizmi. Pri arhejah in bakterijah, ki se razmnožujejo z nespolnimi procesi, kot je binarna delitev, se mejoza ne pojavlja.
Križanje poteka med kromatidami homolognih kromosomov.
Mejoza kot del spolnega razmnoževanja
Pomen oploditve
Potomec dobi niz kromosomov od vsakega od staršev, tako da polovica njegove dednosti izvira od vsakega od staršev. Vendar oba niza kromosomov nista enaka starševskim kromosomom. To je zato, ker se med delitvijo z zmanjšanjem spremenita s procesom, ki se imenuje križanje (crossing-over).
Pomen mejozoze
To je dvojen razlog:
1. Prvič, zmanjšati število kromosomov v vsakem jajčecu ali spermijev na en sam niz.
Oba kromosoma v paru nista enaka, ker sta na posameznem mestu na kromosomih lahko različna alela (oblika gena). Razmislite o vsakem paru kromosomov, po enem kompletu od vsakega od staršev. Iz vsakega para gre v vsako gameto samo eden. Torej se gamete razlikujejo predvsem zato, ker ima lahko gameta od vsakega para očetov ali materin kromosom. To se imenuje "neodvisna izbira".
2. Omogočiti križanje med vsakim parom starševskih kromosomov. Pri križanju se spremeni, kateri aleli so na določenem kromosomu.
Čeprav so opisani kot materini in očetovi kromosomi, v praksi vsi kromosomi gamet niso enaki kromosomom staršev. To je zato, ker so se delčki kromosomov izmenjali v procesu mejoze.
Čeprav imajo gamete le en sklop kromosomov, je ta sklop mešanica genetskega materiala obeh staršev. Vsako posamezno jajčece ali spermij ima lahko drugačen izbor alelov iz starševskih kromosomov.
Podobno kot pri mešanju kompleta kart lahko brez spremembe (mutacije) posameznega gena nastane veliko različnih kombinacij genov. Vendar se mutacije pojavljajo in lahko dodajo alele, ki jih prej v populaciji ni bilo. V vsakem primeru pa se s premešanjem poveča raznolikost potomstva, ki vsaj nekaterim potomcem daje boljše možnosti za preživetje v težkih časih. Premikanje alelov, ki poteka v mejozi, je lahko razlog, da spolno razmnoževanje sploh obstaja.
"Ni težko najti razlogov, zakaj bi spolne populacije imele dolgoročne prednosti pred nespolnimi. Hitreje se lahko razvijajo, da bi se prilagodile spreminjajočim se okoliščinam..."
Posebni primeri
Ciklična partenogeneza
Več precej velikih taksonov (skupin organizmov) uporablja ciklično partenogenezo. To pomeni, da se več generacij rodi z deviškim rojstvom, nato pa se pojavi generacija z običajnim spolnim razmnoževanjem. Primeri vključujejo mrhe in kladocerane (majhni raki, imenovani vodne bolhe). Mšice običajno delujejo na naslednji način: ko je vreme ugodno in so njihovi rastlinski gostitelji v najboljši kondiciji, uporabljajo partenogenezo. Ob koncu sezone, ko se vreme poslabša, uporabijo spolno razmnoževanje. Ta sistem razmnoževanja se imenuje apogamija.
Pri partenogenezi jajčeca vsebujejo le materin genski material in niso oplojena. Jajčne celice lahko nastanejo z mejozo ali mitozo. Pri mejozi se s križanjem ustvari genski prstni odtis, ki se nekoliko razlikuje od materinega. Tako partenogenetski potomci zelene mušice niso identični in kažejo nekaj genetske variabilnosti: nekateri segmenti kromosomov se razlikujejo zaradi mejoze. Pri mitozi bi nastali enaki potomci.
Med temi partenogenetskimi taksoni so številne vrste, ki so popolnoma opustile spolnost.
Izguba spolnosti
Nekaj evkariontskih organizmov je popolnoma izgubilo sposobnost spolnega razmnoževanja in zato nimajo mejozo. Mednje spadajo bdelloidnerovke, ki se razmnožujejo le s partenogenezo.
Podrobnosti o mejozi
Mejozo lahko razdelimo na mejozo I in mejozo II.
Mejoza I
Naloga prve delitve je omogočiti prehod. Tako kot mitoza tudi mejoza vključuje profazo, metafazo, anafazo in telofazo.
Faza I
Kromosomi postanejo vidni, jedrska ovojnica izgine, centrioli (na vrhu in dnu jedra) pa začnejo oblikovati vlakna vretena, ki obdajajo kromosome.
Na tej stopnji se vsak kromosom razdeli na dve sestrski kromatidi, ki ju skupaj držita centromeri. Dvojica kromosomov ima zdaj štiri kromatide (dva kompleta "sester"), ki so stisnjene skupaj. Križanje poteka med dvema kromatidama, ki nista sestrski; drugi dve ostaneta neskrižani. Pri križanju pride do izmenjave segmentov vsake od sodelujočih kromatid, DNK in z njo povezane beljakovine kromatina. Genetsko se proces imenuje rekombinacija.
Metafaza I
Kromosomi se vrstijo vzdolž ekvatorialne (osrednje) linije vretenčnih vlaken v homolognih parih.
Anafaza I
Kromosomi so razdeljeni tako, da jih je na obeh straneh celice enako veliko. Ker je v človeški celici 46 kromosomov, jih je na obeh straneh 23.
(Potekala je citokineza, delitev celice na dve. Celica se deli.)
Telofaza I
Dve hčerinski celici se popolnoma razdelita, nastane nukleinska ovojnica in kromosomi postanejo manj vidni. V vsaki od teh celic je 23 kromosomov.
Mejoza II
Obe celici se pripravljata na ponovno delitev v fazi, imenovani interkineza ali interfaza II. Obe celici bosta šli skozi mejozo II.
Propaza II
Kromosomi postanejo vidni, jedrna ovojnica izgine, centriole pa tvorijo vlakna vretena.
Metafaza II
Kromosomi se razvrstijo vzdolž srednje črte na vlaknih vretena.
Anafaza II
Kromosomi se razdelijo na dve kromatidi. Kromatidi sta dve verigi DNK (deoksiribonukleinske kisline), ki sestavljata kromosom. Združuje ju sredinska povezava, ki se imenuje centromera.
(Ctokineza se izvede. Celica se razdeli.)
Telofaza II
Celice so popolnoma razdeljene. Nukleinska ovojnica se preoblikuje in nastanejo štiri nove celice z drugačno DNK.
Pri moških vse štiri celice postanejo spermiji. Pri ženskah le ena postane zrelo jajčece, preostale tri pa se ponovno absorbirajo v telo.
Dogodki, ki vključujejo mejozo in kažejo kromosomski križanje
Težave
Pri ljudeh obstajajo nekatera stanja, ki so posledica napačne mejozoze. Primeri so:
- Downov sindrom - trisomija kromosoma 21
- Sindrom Patau - trisomija kromosoma 13
- Edwardsov sindrom - trisomija kromosoma 18
- Klinefelterjev sindrom - dodatni kromosomi X pri moških - XXY, XXXY, XXXXY
- Turnerjev sindrom - pomanjkanje enega kromosoma X pri ženskah, tj. XO
- Sindrom trojnega X - dodatni kromosom X pri ženskah
- Sindrom XYY - dodatni kromosom Y pri moških
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je mejoza?
O: Mejoza je posebna vrsta celične delitve, pri kateri nastanejo celice s polovico običajnega števila kromosomov, po enim iz vsakega para. Znana je tudi kot redukcijska delitev.
V: Kako mejoza poveča genetsko variabilnost?
O: Mejoza poveča genetsko variabilnost z ustvarjanjem novih kombinacij genov v procesu križanja med profazo I in naključnega ločevanja med anafazo I.
V: Kaj so gamete?
O: Gamete so posebne celice, imenovane spolne celice ali haploidne celice, ki imajo le polovico števila kromosomov kot običajne telesne celice (imenovane somatske celice).
V: Kaj je somatsko število?
O: Osnovno število kromosomov v telesnih celicah neke vrste se imenuje somatsko število in je označeno z 2n. Pri ljudeh je 2n = 46, kar pomeni, da imamo 46 kromosomov.
V: Koliko kromosomov imajo spolne celice?
O: Spolne celice imajo n kromosomov, kar je pri človeku 23. V običajnih diploidnih organizmih sta torej dve kopiji vsakega kromosoma - po ena od vsakega starša (23x2=46). Edina izjema od tega pravila so spolni kromosomi; pri sesalcih imajo samice dva kromosoma X, samci pa en kromosom X in en kromosom Y.
V: Ali meioza poteka pri arhejah ali bakterijah?
O: Ne, meioza pri arhejah in bakterijah ne poteka; namesto tega se razmnožujejo s preprosto celično delitvijo.
V: Ali je spolno razmnoževanje prisotno med enoceličnimi organizmi?
O: Da, spolno razmnoževanje je mogoče najti med enoceličnimi organizmi, saj tudi oni za spolno razmnoževanje uporabljajo mejozo.
