כולם יודעים שעם רבייה מינית, נוצר אורגניזם חדש כתוצאה מהתמזגות של שני גמטות (תאי מין). גמטוגנזה, או היווצרות של תאים יצירתיים, מתרחשת באמצעות חלוקה ספציפית הנקראת מיוזה. מהי המהות של תהליך זה, מהם שלביו, נספר במאמר זה.
קצת ידע כללי
עבור רוב האורגניזמים הטרוסקסואלים על הפלנטה שלנו, רבייה מינית אופיינית. במקרה זה, לגמטות יש מערך חצי כרומוזום, הנקרא הפלואיד (n). כתוצאה מההתמזגות של גמטות, נוצרת זיגוטה, שבה הדיפלואידיות משוחזרת, וקבוצת הכרומוזומים מסומנת 2n, שהיא המהות של המיוזה (בקצרה).
לדוגמה, לדרוזופילה (זבוב פירות) יש רק 4 כרומוזומים - זוהי קבוצה דיפלואידית. לגמטות בגרעין שלה יש רק 2 כרומוזומים. בבני אדם, בכל תא בגרעין יש 46 כרומוזומים, ובגמטות (ביצית וזרע) - 23 כל אחד.
אבלשחזור הדיפלואידיה במהלך רבייה מינית הוא רק חלק קטן ממהות המיוזה.
כרומוזומים וכרומטידות
כדי להבין את החומר הבא, חשוב להבין את ההבדל בין השניים.
כרומוזומים (השימוש בכינוי n) נקראים נשאים של חומר גנטי, אבל פשוט אלו הן מולקולות DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית), מתרבות בספירליות וממוקמות בגרעין התאים האוקריוטיים (בעלי גרעין עם מעטפת ממברנה) אורגניזמים. בצורה שבה אנו רגילים לראות אותם בספרי לימוד ובספרי עיון (התמונה למעלה מציגה כרומוזומים אנושיים), הם הופכים בולטים רק בזמן האינטרפאז, לפני חלוקת התא, כאשר הם כבר הכפילו את עצמם.
אבל הכרומטידים (מסומנים ב) - זה רק החלק המבני של הכרומוזום, שכבר עבר תהליך של שכפול (הכפלה) ב-interphase לפני חלוקת התא. כרומטיד הוא אחד משני עותקים של DNA שמחוברים ברגע זה באמצעות התכווצות מיוחדת (צנטרומר).
כל עוד שתי כרומטידות מחוברות באמצעות צנטרומר, הן נקראות כרומטידות אחיות. ורק במהלך החלוקה המינית של תאים (מיוזיס) הם נפרדים ומייצגים יחידות עצמאיות של חומר תורשתי, ואם התרחשה מעבר ביניהם (עוד על כך בהמשך), אז הם עברו שינויים ברצף הגנים.
כל הכרומוזומים שונים בצורתם ובגודלם בתוך זוג הומולוגי (זהה) אחד. כל מערך הכרומוזומים בתאים מאותו המין נקרא קריוטיפ. אז, בבני אדם, הקריוטיפ הוא 46 כרומוזומים,מתוכם 22 זוגות הומולוגיים או אוטוסומים, ו-23 זוגות הם כרומוזומי מין (X ו-Y). בגמטות אנושיות (זרע וביצית) קיימת קבוצה חצי (הפלואידית) של כרומוזומים - 23 אוטוזומים וכרומוזום מין אחד (X או Y).
Just meiosis מספק קבוצה כזו בגמטות.
חלוקת תאים מיוחדים
חלוקה ספציפית עם היווצרות תאי נבט - מיוזה (מהמילה היוונית Μείωσις, שפירושה צמצום) היא קבוצה של שתי חלוקות תאים עוקבות, כתוצאה מכך הגרעין מתחלק פעמיים, והכרומוזומים רק פעם אחת. בשל כך, יש ירידה (הפחתה) של הכרומוזום המוגדר בגמטות בחצי, אשר, כאשר הם מתמזגים, משחזר את הדיפלואידיות של הזיגוטה. זו המשמעות הביולוגית שלו.
מיוזיס (שלביה) בכל האורגניזמים החיים מתרחשת באותו אופן:
- החלוקה הראשונה (הפחתה), שלאחריה מספר הכרומוזומים מצטמצם בחצי.
- החלוקה השנייה (משוונית) מתרחשת כחלוקה פשוטה (מיטוזה). זה נקרא גם פילוס.
חלוקה מיוטית ראשונה
במהלך הכנת תא לחלוקה (אינטרפאזה) בגרעין, מספר הכרומוזומים מכפיל את עצמו (יש 4 n), מה שאופייני לתאים שמתחלקים בחלוקה פשוטה (מיטוזה). בתאי מבשרי הגמטות (בבני אדם, spermatocytes וביציות), הכפלה כזו אינה מתרחשת ב-interphase, והתא מתחיל במיוזה עם קבוצה של 2n כרומוזומים ועובר.השלבים הבאים:
- Prophase I. בשלב זה, הכרומוזומים הופכים צפופים יותר וקרובים יותר זה לזה. מתרחשת צימוד (הידבקות) של כרומוזומים הומולוגיים (זוג אחד), שבמהלכו מתרחשת מעבר. תהליך זה אופייני רק למיוזה (מהי המהות, נתאר להלן). ואז הכרומוזומים מופרדים, מעטפת גרעין התא נהרסת, וציר החלוקה מתחיל להיווצר.
- Metaphase I. סיבי הציר מתחברים לצנטרומרים של הכרומוזומים, והם עצמם ממוקמים לאורך קו המשווה החלוקה זה מול זה, ולא באותו קו (כמו במיטוזה).
- אנפאזה I. חוטי ציר מותחים את הכרומוזומים אל הקטבים. בקצרה, המשמעות והמהות של המיוזה טמונה בשלב זה של החלוקה - לקטבים יש n כרומוזומים.
- Telophase I. בשלב זה נוצרות מעטפות גרעיניות. בבעלי חיים ובכמה צמחים מתרחשת חלוקה נוספת של הציטופלזמה ונוצרים שני תאי בת.
התאים שנוצרו נכנסים ל-interphase, שהוא קצר מאוד או חסר.
חלוקה מיוטי שנייה
ל-Meiosis II יש את אותם שלבים:
- פרופאזה ב'. הכרומוזומים הופכים צפופים יותר, ממברנות גרעיניות נעלמות, וציר הביקוע מתחיל להופיע (תמונה למעלה).
- במהלך מטאפאזה II, היווצרות הציר נמשכת, והכרומוזומים ממוקמים לאורך קו המשווה של החלוקה.
- אנפאזה ב'. כרומוזומים נמתחים עד לקטבים של התא (תמונה למטה).
- טלופאזה ב'. נוצרות ממברנות גרעיניות, הציטופלזמה מחולקת ביןשני תאים.
בחלוקה זו, מספר הכרומוזומים אינו משתנה, אך כל אחד מהם מורכב מכרומטיד אחד בלבד (יחידה מבנית). זוהי המהות של מיוזה II. תאים נוצרים עם קבוצה הפלואידית של כרומוזומים בכל (n).
המשמעות הביולוגית של מיוזה
מה זה, זה כבר התברר:
- Meiosis הוא מנגנון מושלם המבטיח את הקביעות של הקריוטיפ (מספר הכרומוזומים) של מין הטבוע ברבייה מינית.
- עקב שתי חלוקות רצופות של מיוזה, מספר הכרומוזומים בגמטות הופך להפלואידי וזה הופך להיות הגיוני לשחזר דיפלואידיות כאשר הם מתמזגים (מפפרים) עם היווצרות של זיגוטה עם הקריוטיפ הדיפלואידי המקורי.
- מיוזה היא שמספקת תכונה כזו של אורגניזמים כמו שונות. בפרופאזה I - עקב מעבר, ובאנפאזה I - בשל העובדה שכרומוזומים הומולוגיים בעלי גנים שונים יכולים להגיע לגמטות שונות.
מהו קרוסאובר
בוא נחזור לנבואה א' של המיוזה. ברגע זה, כאשר הכרומוזומים ההומולוגיים התקרבו וכמעט נדבקו זה לזה, יכולה להתרחש חילופין ביניהם של כל אתר. החלפה הזו היא שנקראת crossing over, שבתרגום מילולית מאנגלית (crossing over) פירושו מעבר או מעבר.
במילים אחרות, חלק אחד של כרומוזום יכול להחליף מקום עם אותו חלק של כרומוזום אחר מאותו זוג. מנגנון זה מספק שונות גנטית רקומבינטיבית של אורגניזמים. מדשדשגנים מובילים להגדלת המגוון הביולוגי בתוך מין בודד.
מחזור חיים ומיוזה
תלוי באיזה שלב במחזור החיים מתרחשת המיוזה, ישנם שלושה סוגים של מיוזה בביולוגיה:
- תחילה (זיגוטה) מתרחשת מיד לאחר ההפריה בזיגוטה. סוג זה של מיוזה אופייני לאורגניזמים עם דומיננטיות של השלב הפלואידי במחזור החיים. אלו הן פטריות (אסקומיסטים ובסידומיסטים), כמה אצות (כלמידומונס), פרוטוזואה (ספורוזואה).
- מיוזה ביניים (נבג) מתרחשת במהלך היווצרות נבגים באורגניזמים עם חילופין אחיד של צורות דיפלואיד והפלואיד. אלו הם נבגים גבוהים יותר (אזובים, טחבים, זנב סוס, שרכים), ג'מנוספרמים ואנגיוספרמים. בקרב בעלי חיים, סוג זה של מיוזה אופייני לפרוטוזואה ימית פורמיניפרה.
- מיוזה סופית (גמטית) טבועה בכל בעלי החיים הרב-תאיים, אצות פוקוס וכמה פרוטוזואה (ציליאטות). באורגניזמים אלה, השלב הדיפלואידי שולט במחזור החיים, ורק לגמטות יש קבוצה הפלואידית של כרומוזומים.
סיכום
התלמידים מתוודעים למהות המיוזה בכיתה ו' בלימוד פרוטוזואה, אצות ועוברים ללימודי ביולוגיה של הצמחים. מושג מפתח זה של ביולוגיה כללית ומנגנוני היווצרות של תאי נבט (גמטות) מאפשר לנו להבין את המשותף של כל החיים על הפלנטה שלנו, להבין את מחזורי החיים השונים של צמחים ובעלי חיים.
בנוסף, זה מיוזה שאנחנו צריכים להיותאסירי תודה על המגוון התוך-ספציפי של המין הביולוגי הומו סאפיינס. במהלך לימודי הביולוגיה בשיעורים הבאים, התלמידים ממשיכים ללמוד את שלבי החלוקה המינית, וכאשר הם מתוודעים לגנטיקה, את חוקי התורשה והשונות.
לימוד המנגנונים של חלוקת תאים שונים מאפשר לנו להבין את הייחודיות והתועלת של חוקי הטבע, שנוצרו במשך מיליארדי שנות אבולוציה על כוכב לכת בודד של מערכת השמש. והיה לנו מזל שנולדנו על זה.
