Существенные свойства деления клеток организмов

В 1879 г. два немецких исследователя — Т. Бовери (1862—1916) и В. Флемминг (1843—1905) — описали деление клетки на две идентичные клетки. Это деление получило название митоза (греч. mitos — нить). Далее, в 1887 г. немецкий зоолог, теоретик эволюционного учения Август Вейсман (1834—1914), опираясь на клеточную теорию, высказал идею о том, что образование половых клеток осуществляется на основе другого механизма деления, чем ми-

тоз. Этот механизм деления назвали мейозом (греч. meiosis — уменьшение). А.

Вейсману принадлежит идея о том, что наследственная информация заключена в хромосомах. Изобретенный в 30-х годах ХХ в. электронный микроскоп, увеличивающий наблюдаемый объект до 106 раз, позволил уточнить основное положение клеточной теории. Существует три типа деления эукариотических клеток: амитоз (греч. а — отрицание, mitos — нить), митоз и мейоз.

Амитоз, или прямое деление клетки, связан с перетяжкой ядра клетки. Могут

образоваться двуядерные клетки. Это деление проявляется, например, в стареющих и патологически измененных клетках.

Митоз — непрямое деление соматических эукариотических клеток, сопровождается раскручиванием хромосом ДНК. Дочерние образующиеся клетки получают точно такой же набор хромосом, который был в материнской клетке: из материнской клетки получается две клетки, из них — четыре и т. д.

В митозе имеется три фазы: метафаза, анафаза и телофаза. Биологическое значение митоза:

1. В соматических клетках организма поддерживается один и тот же набор хромосом, который был у материнской клетки.

2. Все соматические клетки организма делятся митозом. Это позволяет, во- первых, организму расти на эмбриональном и постэмбриональном уровнях, во- вторых, освобождаться от функционально устаревших клеток и, в-третьих, восстанавливать утраченные или поврежденные клетки тканей.

Митозом не охватывается деление половых клеток. Природа использует для этих целей другой тип деления, названный мейозом.

Мейоз

Мейоз — клеточное деление, которое ведет к образованию и созреванию половых клеток (например, у человека — яйцеклеток и сперматозоидов из особых соматических клеток яичников и семенников). Мейоз приводит к уменьшению числа хромосом исходной материнской клетки вдвое. Мейоз состоит из двух последовательных делений и соответствующих фаз. При делении соматической клетки в ней образуются два противоположных центра, к каждому из них стягиваются, например у человека, 23 пары хромосом двух будущих клеток. В случае деления половых клеток к каждому из этих центров отводится только 23 хромосомы, т. е. наполовину меньше, чем в случае соматических клеток. Распределение отходящих к центрам хромосом — каких больше от отца или

каких от матери и в какой последовательности, а также комбинации —

происходит, как полагают сегодня генетики, случайным образом: количество вариантов возможного попадания каждой хромосомы к соответствующему центру при делении половых клеток человека равно более 8 млн (223). Биологическое значение мейоза:

1. Обеспечивает постоянство видов на Земле. Если бы число хромосом, передаваемых от одного поколения в другому, не уменьшалось бы вдвое, то в каждом последующем поколении число хромосом бы удваивалось (у человека- родителя — 46 хромосом, следующее поколение (дети) — 92, внуки — 184 и т. д.).

2. Мейоз обеспечивает разнородность гамет (греч. gamete — жена, gametes — муж) по генному составу. Гаметы — половые клетки (мужские гаметы — сперматозоиды, женские гаметы — яйцеклетки). Гонады (греч. gone —

порождающее) — половые органы, образующие половые клетки.

3. Мейоз обусловливает комбинативную изменчивость, т. е. каждая гамета (мужская или женская) получает в результате мейоза всего лишь один набор хромосом из двойного набора хромосом своих материнских клеток. Случайная встреча гамет (сперматозоиды и яйцеклетки) приводит к тому, что гены родителей комбинируются, вследствие чего у детей могут появляться признаки, которых не было у родителей. Как уже отмечалось выше, все хромосомы подразделяются на аутосомы и половые хромосомы. Аутосомы — все хромосомы

в клетках, за исключением половых хромосом. Половые хромосомы —

хромосомы, определяющие пол организма при половом размножении. У женщин

22 пары аутосом и две одинаковые половые хромосомы ХХ, у мужчин — 22 пары аутосом и две неодинаковые половые хромосомы XY.

Мейоз как процесс деления клеток приводит к тому, что каждая из пары одинаковых хромосом (но неодинаковых по происхождению) попадает в разные гаметы. Мейоз обеспечивает процесс, в результате которого во все гаметы женщин попадают 22 аутосомы и одна Х-хромосома (гаметы одинаковы). Женский пол является гомогаметным. У мужчин мейоз приводит к образованию двух типов гамет: 22 + X, 22 + Y. Развитие женских гамет (яйцеклеток) называется овогенезом. Зрелая яйцеклетка называется овоцитом и содержит только один набор аутосом из пар гомологичных аутосом и одну половую хромосому X. Овоцит — содержит большой запас питательных, энергетических веществ и по своим размерам

превосходит сперматозоид в 85 тыс. раз. Зигота — оплодотворенный овоцит,

содержащий двойной набор аутосом и половых хромосом (один набор — от отца, другой — от матери). При содержании в зиготе половых хромосом XY рождается мальчик, при ХХ — девочка. К моменту полового созревания женщины обнаруживается около 100 тыс. овоцитов, однако за весь репродуктивный период

в яичниках женщины образуется около 300—400 овоцитов. Процесс образования сперматозоидов (мужских гамет) называется сперматогенезом, он имеет отличие

от овогенеза: при сперматогенезе из одной исходной клетки образуются 4 сперматозоида, а при овогенезе из одной исходной клетки образуется 1 яйцеклетка и 2 направленных тельца, в которые уходит избыток хромосомного материала, чтобы набор хромосом в яйцеклетке был гаплоидным (одинарным).

В течение всей половой жизни здоровый мужчина продуцирует (его гонады) около 500 млрд сперматозоидов. Три типа деления клеток, о которых говорилось выше, обеспечивают жизненный цикл клеток в живых организмах. Принцип

«клетка от клетки» позволил проследить эволюцию живого на Земле.