Meióza
Meióza je zvláštní typ buněčného dělení. Na rozdíl od mitózy, tedy způsobu dělení běžných tělních buněk, vzniká při meióze buňka, která má pouze polovinu obvyklého počtu chromozomů, z každého páru jeden. Z tohoto důvodu se meióza často nazývá redukční dělení. Z dlouhodobého hlediska meióza zvyšuje genetickou variabilitu, a to způsobem, který bude vysvětlen později.
Pohlavní rozmnožování probíhá tak, že spermie oplodní vajíčko. Vajíčka a spermie jsou zvláštní buňky, které se nazývají gamety neboli pohlavní buňky. Gamety jsou haploidní; mají pouze poloviční počet chromozomů než normální tělní buňky (tzv. somatické buňky). Oplozením se počet chromozomů v tělních buňkách obnoví na diploidní.
Základní počet chromozomů v tělních buňkách daného druhu se nazývá somatický počet a označuje se 2n. U člověka je 2n = 46: máme 46 chromozomů. V pohlavních buňkách je počet chromozomů n (u člověka: n = 23). U normálních diploidních organismů jsou tedy chromozomy přítomny ve dvou kopiích, po jedné od každého rodiče (23x2=46). Jedinou výjimkou jsou pohlavní chromozomy. U savců má samice dva chromozomy X a samec jeden chromozom X a jeden chromozom Y.
Karyotyp je charakteristický počet chromozomů eukaryotního druhu. Příprava a studium karyotypů je součástí cytogenetiky, genetiky buněk.
Všechna eukaryota, která se rozmnožují pohlavně, používají meiózu. Patří sem i mnoho jednobuněčných organismů. Meióza se nevyskytuje u archeí a bakterií, které se rozmnožují nepohlavně, například binárním dělením.
Křížení probíhá mezi chromatidami homologních chromozomů.
Meióza jako součást pohlavního rozmnožování
Význam oplodnění
Potomek získá od každého rodiče sadu chromozomů, takže celkově pochází polovina jeho dědičnosti od každého rodiče. Obě sady chromozomů však nejsou totožné s chromozomy rodičů. Je to proto, že se během redukčního dělení mění procesem zvaným crossing-over.
Význam meiózy
Důvody jsou dva:
1. Za prvé, redukovat chromozomy v každém vajíčku nebo spermii pouze na jednu sadu.
Dva chromozomy v páru nejsou identické, protože v určitém místě na chromozomech mohou být různé alely (formy genu). Přemýšlejte o každém páru chromozomů, o jedné sadě od každého rodiče. Z každého páru přechází do každé gamety pouze jeden. V první řadě se tedy gamety liší, protože z každého páru může mít gameta chromozom otce nebo matky. Tomu se říká "nezávislý sortiment".
2. Umožnit křížení mezi každým párem rodičovských chromozomů. Křížením se mění alely, které se nacházejí na určitém chromozomu.
Ačkoli jsou tedy chromozomy matky a otce popisovány jako "mateřské", v praxi nejsou všechny chromozomy gamet stejné jako chromozomy rodičů. Je to proto, že v procesu meiózy došlo k výměně částí chromozomů.
Přestože gamety mají pouze jednu sadu chromozomů, je tato sada promíchanou směsí genetického materiálu obou rodičů. Každé vajíčko nebo spermie může mít jiný výběr alel z rodičovských chromozomů.
Podobně jako při míchání balíčku karet může vzniknout mnoho různých kombinací genů, aniž by došlo ke změně (mutaci) v jednotlivém genu. K mutacím však dochází a mohou přidávat alely, které v populaci dříve nebyly. V každém případě se zamícháním zvýší rozmanitost potomstva a tato rozmanitost dává alespoň některým potomkům větší šanci na přežití v těžkých dobách. Zamíchání alel, ke kterému dochází při meióze, může být důvodem, proč pohlavní rozmnožování vůbec existuje.
"Není těžké vymyslet důvody, proč by sexuální populace měly mít dlouhodobé výhody oproti asexuálním. Mohou se rychleji vyvíjet podle měnících se okolností..."
Zvláštní případy
Cyklická partenogeneze
Několik poměrně velkých taxonů (skupin organismů) využívá cyklickou partenogenezi. To je situace, kdy se několik generací rodí panenským porodem, a pak nastane generace s normálním pohlavním rozmnožováním. Příkladem jsou mšice a kladélka (malí korýši zvaní vodní blechy). Mšice obvykle fungují takto: když je dobré počasí a jejich hostitelské rostliny jsou v nejlepší kondici, používají partenogenezi. Na konci sezóny, když se počasí zhorší, používají pohlavní rozmnožování. Tento systém rozmnožování se nazývá apogamie.
Při partenogenezi obsahují vajíčka pouze genetický materiál matky a nejsou oplodněna. Vajíčka mohou vznikat buď meiózou, nebo mitózou. Při meióze vzniká křížením genetický otisk, který se poněkud liší od mateřského. Partenogenetické potomstvo zelených mušek tedy není identické a vykazuje určitou genetickou variabilitu: některé úseky chromozomů se liší v důsledku meiózy. Při mitóze by vzniklo identické potomstvo.
Mezi těmito partenogenetickými taxony je řada druhů, které se zcela vzdaly pohlaví.
Ztráta sexuality
Několik eukaryotních organismů zcela ztratilo schopnost pohlavního rozmnožování, a proto nemají meiózu. Patří mezi ně například bdelloidnírotify, které se rozmnožují pouze partenogenezí.
Podrobnosti o meióze
Meiózu lze rozdělit na meiózu I a meiózu II.
Meióza I
Úkolem prvního dělení je umožnit přechod. Stejně jako mitóza zahrnuje meióza profázi, metafázi, anafázi a telofázi.
Fáze I
Chromozomy se stanou viditelnými, jaderný obal zmizí a centrioly (v horní a dolní části jádra) začnou vytvářet vřeténková vlákna, která obalují chromozomy.
V této fázi se každý chromozom rozdělí na dvě sesterské chromatidy, které drží pohromadě centromery. Párové chromozomy mají nyní čtyři chromatidy (dvě sady "sester") přitisknuté k sobě. Ke zkřížení dochází mezi dvěma nesesterskými chromatidami; zbylé dvě zůstávají nezkřížené. Při křížení dochází k výměně segmentů každé ze zúčastněných chromatid, DNA a souvisejícího chromatinového proteinu. Geneticky se tento proces nazývá rekombinace.
Metafáze I
Chromozomy se řadí podél ekvatoriální (centrální) linie vláken vřeténka v homologních párech.
Anafáze I
Chromozomy jsou rozděleny tak, aby jich bylo na obou stranách buňky stejné množství. Protože v lidské buňce je 46 chromozomů, na obou stranách jich je 23.
(Probíhá cytokineze, rozdělení buňky na dvě části.)
Telofáze I
Dvě dceřiné buňky se zcela rozdělí, vytvoří se nukleový obal a chromozomy se stanou méně viditelnými. V každé z těchto buněk je 23 chromozomů.
Meióza II
Obě buňky se připravují na další dělení ve fázi známé jako interkineze nebo interfáze II. Obě tyto buňky projdou meiózou II.
Profáze II
Zviditelní se chromozomy, zmizí jaderný obal a centrioly vytvoří vřeténková vlákna.
Metafáze II
Chromozomy se řadí podél střední čáry na vřeténkových vláknech.
Anafáze II
Chromozomy se rozdělí na dvě chromatidy. Chromatidy jsou dvě vlákna DNA (deoxyribo-nukleové kyseliny), která tvoří chromozom. Jsou spojeny středovým spojením, které se nazývá centromera.
(Probíhá cytokineze. Buňka se dělí.)
Telofáze II
Buňky jsou zcela rozděleny. Nukleový obal se reformuje a vzniknou čtyři nové buňky s odlišnou DNA.
U mužů se všechny čtyři buňky stávají spermiemi. U žen se pouze jedna z nich stane zralým vajíčkem, zatímco zbývající tři se znovu vstřebají do těla.
Události zahrnující meiózu, které ukazují křížení chromozomů
Problémy
U lidí existují určité stavy, které jsou způsobeny chybnou meiózou. Příklady jsou:
- Downův syndrom - trizomie 21. chromozomu
- Patauův syndrom - trizomie chromozomu 13
- Edwardsův syndrom - trizomie chromozomu 18
- Klinefelterův syndrom - nadbytečné chromozomy X u mužů - tj. XXY, XXXY, XXXXY.
- Turnerův syndrom - chybějící jeden chromozom X u žen - tj. XO
- Syndrom trojitého X - extra chromozom X u žen
- Syndrom XYY - nadbytečný chromozom Y u mužů
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to meióza?
Odpověď: Meióza je zvláštní typ buněčného dělení, jehož výsledkem jsou buňky s polovičním počtem chromozomů oproti obvyklému, z každého páru jeden. Je také známá jako redukční dělení.
Otázka: Jak meióza zvyšuje genetickou variabilitu?
Odpověď: Meióza zvyšuje genetickou variabilitu vytvářením nových kombinací genů prostřednictvím procesu křížení během profáze I a náhodné segregace během anafáze I.
Otázka: Co jsou gamety?
Odpověď: Gamety jsou zvláštní buňky nazývané pohlavní buňky nebo haploidní buňky, které mají pouze poloviční počet chromozomů než normální tělní buňky (nazývané somatické buňky).
Otázka: Co je to somatické číslo?
Odpověď: Základní počet chromozomů v tělních buňkách určitého druhu se nazývá somatické číslo a označuje se 2n. U člověka je 2n = 46, což znamená, že máme 46 chromozomů.
Otázka: Kolik chromozomů mají pohlavní buňky?
Odpověď: Pohlavní buňky mají n chromozomů, což je u člověka 23 chromozomů. V normálních diploidních organismech jsou tedy dvě kopie každého chromozomu - jedna od každého rodiče (23x2=46). Jedinou výjimkou z tohoto pravidla jsou pohlavní chromozomy; u savců mají samice dva chromozomy X, zatímco samci mají jeden chromozom X a jeden Y.
Otázka: Probíhá meióza u archeí nebo bakterií?
Odpověď: Ne, meióza se u archeí a bakterií nevyskytuje; místo toho se rozmnožují prostým buněčným dělením.
Otázka: Vyskytuje se pohlavní rozmnožování i u jednobuněčných organismů?
Odpověď: Ano, pohlavní rozmnožování se vyskytuje i mezi jednobuněčnými organismy, protože i ony používají k pohlavnímu rozmnožování meiózu.
