7.2: Meiosis

Uzazi wa kijinsia unahitaji mbolea, umoja wa seli mbili kutoka kwa viumbe viwili vya mtu binafsi. Ikiwa seli hizo mbili zina kila seti moja ya chromosomes, basi seli inayosababisha ina seti mbili za chromosomes. Idadi ya seti za chromosomes katika seli huitwa kiwango chake cha ploidy. Seli za Haploidi zina seti moja ya chromosomes. Viini vyenye seti mbili za chromosomes huitwa diploid. Ikiwa mzunguko wa uzazi utaendelea, kiini cha diploidi lazima kwa namna fulani kupunguza idadi yake ya seti za kromosomu kabla ya mbolea kutokea tena, au kutakuwa na mara mbili ya kuendelea kwa idadi ya seti za kromosomu katika kila kizazi. Kwa hiyo, pamoja na mbolea, uzazi wa kijinsia unajumuisha mgawanyiko wa nyuklia, unaojulikana kama meiosis, ambayo inapunguza idadi ya seti za kromosomu.

Wanyama na mimea wengi ni diploidi, zenye seti mbili za kromosomu; katika kila seli za kuacha za kimwili (seli zisizo za uzazi za kiumbe cha seli nyingi), kiini kina nakala mbili za kila kromosomu ambazo zinajulikana kama chromosomes za homologous. Wakati mwingine seli za somatic hujulikana kama seli za “mwili”. Chromosomes ya homologous ni jozi zinazoendana zenye jeni kwa sifa zileile katika maeneo yanayofanana pamoja na urefu wake. Viumbe vya diploidi hurithi nakala moja ya kila kromosomu ya homologous kutoka kwa kila mzazi; wote kwa pamoja, huhesabiwa kuwa seti kamili ya kromosomu. Katika wanyama, seli za haploidi zenye nakala moja ya kila kromosomu ya homologous hupatikana ndani ya gameti tu. Gametes fyuzi na gamete nyingine haploidi kuzalisha kiini diploidi.

Mgawanyiko wa nyuklia ambao huunda seli za haploidi, ambazo huitwa meiosis, zinahusiana na mitosis. Kama umejifunza, mitosis ni sehemu ya mzunguko wa uzazi wa seli ambayo husababisha viini vya binti vinavyofanana ambavyo pia vinasaba vinafanana na kiini cha awali cha mzazi. Katika mitosisi, viini vya mzazi na binti vina idadi sawa ya seti za kromosome—diploidi kwa mimea na wanyama wengi. Meiosis inaajiri njia nyingi sawa na mitosis. Hata hivyo, kiini cha kuanzia daima ni diploidi na viini vinavyosababisha mwisho wa mgawanyiko wa seli ya meiotiki ni haploidi. Ili kufikia kupungua kwa idadi ya chromosome, meiosis ina duru moja ya kurudia kromosomu na raundi mbili za mgawanyiko wa nyuklia. Kwa sababu matukio yanayotokea wakati wa kila hatua ya mgawanyiko yanafanana na matukio ya mitosis, majina ya hatua sawa yanapewa. Hata hivyo, kwa sababu kuna raundi mbili za mgawanyiko, hatua zinateuliwa na “I” au “II.” Hivyo, meiosis I ni duru ya kwanza ya mgawanyiko wa meiotic na ina prophase I, prometaphase I, na kadhalika. Meiosis I inapunguza idadi ya seti za chromosome kutoka mbili hadi moja. Maelezo ya maumbile pia yanachanganywa wakati wa mgawanyiko huu ili kuunda chromosomes za kipekee za recombinant. Meiosis II, ambapo mzunguko wa pili wa mgawanyiko wa meiotic unafanyika kwa njia ambayo ni sawa na mitosis, inajumuisha prophase II, prometaphase II, na kadhalika.

Interphase

Meiosis inatanguliwa na interphase yenye awamu ya G ₁, S, na G ₂, ambayo ni karibu sawa na awamu zilizopita kabla ya mitosis. Awamu ya G ₁ ni awamu ya kwanza ya interphase na inalenga ukuaji wa seli. Katika awamu ya S, DNA ya chromosomes inaelezewa. Hatimaye, katika awamu ya G ₂, kiini kinaendelea maandalizi ya mwisho ya meiosis.

Wakati wa kurudia DNA ya awamu ya S, kila kromosomu inakuwa linajumuisha nakala mbili zinazofanana (zinazoitwa dada chromatidi) ambazo zinashikiliwa pamoja kwenye centromere hadi zinavutwa mbali wakati wa meiosis II. Katika kiini cha wanyama, centrosomes zinazoandaa microtubules ya spindle ya meiotic pia zinaiga. Hii huandaa kiini kwa awamu ya kwanza ya meiotic.

Meiosis I

Mapema katika prophase I, chromosomes inaweza kuonekana wazi microscopically. Kama bahasha ya nyuklia inapoanza kuvunja, protini zinazohusiana na chromosomes za homologous huleta jozi karibu na kila mmoja. Kuunganisha kwa nguvu ya chromosomes ya homologous inaitwa synapsis. Katika synapsis, jeni kwenye chromomatids ya chromosomes ya homologous ni sawa sawa na kila mmoja. Kubadilishana kwa makundi ya chromosome kati ya chromatids isiyo ya dada ya homologous hutokea na inaitwa kuvuka. Utaratibu huu umefunuliwa kuibua baada ya kubadilishana kama chiasmata (umoja = chiasma) (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kama prophase I inavyoendelea, uhusiano wa karibu kati ya chromosomes homologous huanza kuvunja, na chromosomes kuendelea condense, ingawa chromosomes homologous kubaki masharti ya kila mmoja katika chiasmata. Idadi ya chiasmata inatofautiana na spishi na urefu wa kromosomu. Mwishoni mwa prophase I, jozi zinafanyika pamoja tu kwenye chiasmata (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)) na huitwa tetrads kwa sababu chromatids dada nne za kila jozi ya chromosomes za homologous sasa zinaonekana.

Matukio ya uvukaji ni chanzo cha kwanza cha tofauti za maumbile zinazozalishwa na meiosis. Tukio moja la uvukaji kati ya chromatids isiyo ya dada ya homologous husababisha kubadilishana kwa usawa wa DNA sawa kati ya kromosomu ya uzazi na chromosome ya baba. Sasa, wakati chromatid dada huyo akihamishwa kwenye gamete, itachukua DNA kutoka kwa mzazi mmoja wa mtu binafsi na baadhi ya DNA kutoka kwa mzazi mwingine. Dada ya recombinant chromatid ina mchanganyiko wa jeni za uzazi na baba ambazo hazikuwepo kabla ya kuvuka.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Katika mfano huu wa madhara ya kuvuka, chromosome ya bluu ilitoka kwa baba ya mtu binafsi na chromosome nyekundu ilitoka kwa mama ya mtu binafsi. Crossover hutokea kati ya chromatids zisizo dada za chromosomes za homologous. Matokeo yake ni kubadilishana nyenzo za maumbile kati ya chromosomes za homologous. Chromosomes zilizo na mchanganyiko wa mlolongo wa uzazi na baba huitwa recombinant na chromosomes ambazo ni za baba au uzazi zinaitwa zisizo recombinant.

Tukio muhimu katika prometaphase I ni attachment ya microtubules fiber spindle kwa protini kinetochore katika centromeres. Microtubules zilizokusanywa kutoka centrosomes kwenye miti tofauti ya seli hukua kuelekea katikati ya seli. Mwishoni mwa prometaphase I, kila tetrad inaunganishwa na microtubules kutoka kwa miti zote mbili, na kromosomu moja ya homologous iliyounganishwa kwenye pole moja na kromosomu nyingine inayounganishwa na pole nyingine. Chromosomes ya homologous bado inafanyika pamoja katika chiasmata. Aidha, utando wa nyuklia umevunjika kabisa.

Wakati wa metapase I, chromosomes ya homologous hupangwa katikati ya seli na kinetochores inakabiliwa na miti kinyume. Mwelekeo wa kila jozi ya chromosomes homologous katikati ya seli ni random.

Randomness hii, inayoitwa usawa wa kujitegemea, ni msingi wa kimwili kwa kizazi cha aina ya pili ya tofauti ya maumbile katika watoto. Fikiria kwamba chromosomes ya homologous ya viumbe wanaozalisha ngono ni awali kurithi kama seti mbili tofauti, moja kutoka kwa kila mzazi. Kutumia binadamu kama mfano, seti moja ya chromosomes 23 iko katika yai iliyotolewa na mama. Baba hutoa seti nyingine ya chromosomes 23 katika mbegu inayozalisha yai. Katika metapase I, jozi hizi zinaendelea kwenye hatua ya katikati kati ya miti miwili ya kiini. Kwa sababu kuna nafasi sawa kwamba fiber microtubule itakutana na chromosome ya uzazi au paternally kurithi, mpangilio wa tetrads kwenye sahani ya metapase ni random. Chromosome yoyote ya urithi wa uzazi inaweza kukabiliana na pole ama. Chromosome yoyote ya urithi wa paternally inaweza pia kukabiliana na pole ama. Mwelekeo wa kila tetrad ni huru ya mwelekeo wa tetrads nyingine 22.

Katika kila kiini kinachopata meiosis, utaratibu wa tetrads ni tofauti. Idadi ya tofauti inategemea idadi ya chromosomes inayoweka seti. Kuna uwezekano wawili wa mwelekeo (kwa kila tetrad); hivyo, idadi iwezekanavyo ya alignments sawa na 2 ^{n ambapo n} ni idadi ya chromosomes kwa kuweka. Binadamu wana jozi 23 za kromosomu, ambazo husababisha uwezekano wa zaidi ya milioni nane (2 ²³). Nambari hii haijumuishi tofauti iliyoundwa hapo awali katika chromatids ya dada na crossover. Kutokana na taratibu hizi mbili, haiwezekani kwamba seli mbili za haploidi zinazosababishwa na meiosis zitakuwa na muundo sawa wa maumbile (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kwa muhtasari matokeo ya maumbile ya meiosis I: jeni za uzazi na za baba zinajumuishwa tena na matukio ya uvukaji yanayotokea kwenye kila jozi ya homologous wakati wa prophase I; Aidha, usawa wa random wa tetrads katika metapase hutoa mchanganyiko wa kipekee wa chromosomes ya uzazi na baba ambayo itafanya njia yao katika gametes.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Ili kuonyesha usawa wa random, wa kujitegemea katika metapase mimi, fikiria kiini na n = 2. Katika kesi hii, kuna mipango miwili iwezekanavyo katika ndege ya ikweta katika metapase I, kama inavyoonekana kwenye kiini cha juu cha kila jopo. Mwelekeo huu wawili unaowezekana husababisha uzalishaji wa gametes tofauti. Kwa chromosomes zaidi, idadi ya mipango iwezekanavyo huongezeka kwa kasi.

Katika anaphase I, nyuzi za spindle huvuta chromosomes zilizounganishwa mbali. Chromatids dada hubakia tightly amefungwa pamoja katika centromere. Ni uhusiano chiasma kwamba ni kuvunjwa katika anaphase mimi kama nyuzi masharti ya kinetochores fused kuvuta chromosomes homologous mbali (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Katika telophase I, chromosomes iliyotengwa huja kwenye miti tofauti. Salio la matukio ya kawaida ya telofasi huenda au hayawezi kutokea kulingana na spishi. Katika viumbe vingine, chromosomes hupungua na bahasha za nyuklia huunda karibu na chromatids katika telophase I.

Cytokinesis, kujitenga kimwili kwa vipengele vya cytoplasmic katika seli mbili za binti, hutokea bila urekebishaji wa viini katika viumbe vingine. Katika takriban spishi zote, cytokinesis hutenganisha yaliyomo ya seli kwa ama mtaro wa cleavage (katika wanyama na baadhi ya fungi), au sahani ya seli ambayo hatimaye itasababisha kuundwa kwa kuta za seli zinazotenganisha seli mbili za binti (katika mimea). Katika kila pole, kuna mwanachama mmoja tu wa kila jozi ya chromosomes ya homologous, hivyo seti moja tu ya chromosomes iko. Hii ni kwa nini seli ni kuchukuliwa haploid-kuna kromosomu moja tu kuweka, hata kama kuna nakala duplicate ya kuweka kwa sababu kila homolog bado lina chromatids dada mbili kwamba bado masharti ya kila mmoja. Hata hivyo, ingawa chromatids dada mara moja duplicates ya chromosome sawa, wao ni tena kufanana katika hatua hii kwa sababu ya crossovers.

DHANA KATIKA HATUA

Kagua mchakato wa meiosis, ukiangalia jinsi chromosomes zinavyounganisha na kuhamia, kwenye tovuti hii.

Meiosis II

Katika meiosis II, chromatids iliyounganishwa iliyobaki katika seli za haploidi kutoka kwa meiosis nitagawanyika ili kuunda seli nne za haploidi. Katika spishi fulani, seli huingia interphase fupi, au interkinesis, ambayo haina awamu ya S, kabla ya kuingia meiosis II. Chromosomes haipatikani wakati wa interkinesis. Seli mbili zinazozalishwa katika meiosis mimi kupitia matukio ya meiosis II katika synchrony. Kwa ujumla, meiosis II inafanana na mgawanyiko wa mitotic wa kiini cha haploidi.

Katika prophase II, kama chromosomes decondensed katika telophase I, wao condense tena. Ikiwa bahasha za nyuklia ziliundwa, zinajenga vipande. Centrosomes iliyopigwa wakati wa interkinesis huondoka kutoka kwa kila mmoja kuelekea miti kinyume, na spindles mpya huundwa. Katika prometaphase II, bahasha za nyuklia zimevunjika kabisa, na spindle imeundwa kikamilifu. Kila chromatid dada huunda kinetochore ya mtu binafsi ambayo inaunganisha microtubules kutoka kwenye miti tofauti. Katika metapase II, chromatids ya dada hupunguzwa na iliyokaa katikati ya seli. Katika anaphase II, chromatids ya dada hutolewa mbali na nyuzi za spindle na kuhamia kuelekea miti tofauti.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Katika prometaphase I, microtubules ambatanisha na kinetochores fused ya chromosomes homologous. Katika anaphase I, chromosomes homologous ni kutengwa. Katika prometaphase II, microtubules ambatanisha na kinetochores binafsi ya chromatids dada. Katika anaphase II, chromatids dada hutenganishwa.

Katika telophase II, chromosomes hufika kwenye miti tofauti na kuanza kupungua. Bahasha za nyuklia huunda karibu na kromosomes. Cytokinesis hutenganisha seli hizo mbili katika seli nne za haploidi za kipekee za jeni. Kwa hatua hii, kiini katika seli zilizozalishwa hivi karibuni ni haploidi na zina nakala moja tu ya seti moja ya chromosomes. Seli zinazozalishwa ni za kipekee kwa sababu ya urval random ya homologs baba na uzazi na kwa sababu ya recombination ya makundi ya uzazi na baba ya kromosomosi-na seti yao ya jeni-ambayo hutokea wakati wa uvukaji.

Kulinganisha Meiosis na Mitosis

Mitosis na meiosis, ambazo ni aina zote za mgawanyiko wa kiini katika seli za eukaryotic, hushiriki kufanana, lakini pia huonyesha tofauti tofauti zinazosababisha matokeo yao tofauti sana. Mitosisi ni mgawanyiko mmoja wa nyuklia unaosababisha viini viwili, kwa kawaida hugawanywa katika seli mbili mpya. Nuclei inayotokana na mgawanyiko wa mitotic ni vinasaba sawa na asili. Wana idadi sawa ya seti za chromosomes: moja katika kesi ya seli za haploid, na mbili katika kesi ya seli za diploid. Kwa upande mwingine, meiosis ni tarafa mbili za nyuklia zinazosababisha viini vinne, kwa kawaida vinavyogawanywa katika seli nne mpya. Viini vinavyotokana na meiosis havijawahi kufanana, na zina chromosomu moja iliyowekwa tu-hii ni nusu ya idadi ya seli ya awali, ambayo ilikuwa diploid (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Tofauti katika matokeo ya meiosis na mitosis hutokea kwa sababu ya tofauti katika tabia ya chromosomes wakati wa kila mchakato. Wengi wa tofauti hizi katika michakato hutokea katika meiosis I, ambayo ni mgawanyiko tofauti wa nyuklia kuliko mitosis. Katika meiosis mimi homologous kromosomu jozi kuhusishwa na kila mmoja, ni pamoja, uzoefu chiasmata na uvukaji kati ya dada chromatids, na line juu ya sahani metapase katika tetrads na nyuzi spindle kutoka fito kinyume spindle masharti ya kila kinetochore ya homolog katika tetrad. Matukio haya yote hutokea tu katika meiosis mimi, kamwe katika mitosis.

Chromosomes ya homologous huhamia kwenye miti kinyume wakati wa meiosis mimi hivyo idadi ya seti ya chromosomes katika kila nucleus-kwa-kuwa imepunguzwa kutoka mbili hadi moja. Kwa sababu hii, meiosis I inajulikana kama mgawanyiko wa kupunguza. Hakuna kupunguza vile kwa kiwango cha ploidy katika mitosis.

Meiosis II ni sawa na mgawanyiko wa mitotic. Katika kesi hiyo, chromosomes zilizopigwa (seti moja tu) zimewekwa katikati ya kiini na kinetochores zilizogawanyika zilizounganishwa na nyuzi za spindle kutoka kwenye miti tofauti. Wakati wa anaphase II, kama katika anaphase ya mitotic, kinetochores hugawanyika na chromatid moja ya dada hutolewa kwenye pole moja na chromatid nyingine ya dada hutolewa kwenye pole nyingine. Ikiwa haikuwa kwa ukweli kwamba kulikuwa na crossovers, bidhaa mbili za kila mgawanyiko wa meiosis II zingekuwa sawa na katika mitosis; badala yake, ni tofauti kwa sababu daima kumekuwa na angalau crossover moja kwa kromosomu. Meiosis II sio mgawanyiko wa kupunguza kwa sababu, ingawa kuna nakala chache za genome katika seli zinazosababisha, bado kuna seti moja ya chromosomes, kama ilivyokuwa mwishoni mwa meiosis I.

Viini vinavyotokana na mitosis vitatumika katika sehemu mbalimbali za mwili kama sehemu ya ukuaji au kuchukua nafasi ya seli zilizokufa au zilizoharibiwa. Wanaweza hata kushiriki katika uzazi wa asexual katika viumbe vingine. Viini vinavyotokana na meiosis katika viumbe vyenye diploid-kama vile mnyama zitashiriki tu katika uzazi wa kijinsia.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Meiosis na mitosis wote hutanguliwa na duru moja ya replication DNA; hata hivyo, meiosis inajumuisha mgawanyiko wa nyuklia mbili. Seli nne za binti zinazosababishwa na meiosis ni haploidi na vinasaba tofauti. Seli za binti zinazosababishwa na mitosis ni diploid na zinafanana na kiini cha mzazi.

DHANA KATIKA HATUA

Kwa uhuishaji kulinganisha mitosis na meiosis, nenda kwenye tovuti hii.

Muhtasari wa sehemu

Uzazi wa kijinsia unahitaji viumbe vya diploidi kuzalisha seli za haploidi zinazoweza kuunganisha wakati wa mbolea ili kuunda watoto wa diploidi. Mchakato unaosababisha seli za haploidi huitwa meiosis. Meiosis ni mfululizo wa matukio ambayo hupanga na kutenganisha chromosomes katika seli za binti. Wakati wa interphase ya meiosis, kila chromosome ni duplicated. Katika meiosisi, kuna raundi mbili za mgawanyiko wa nyuklia zinazosababisha viini vinne na kwa kawaida seli nne za binti haploidi, kila mmoja ikiwa na nusu ya idadi ya kromosomu kama seli mzazi. Wakati wa meiosis, tofauti katika viini vya binti huletwa kwa sababu ya uvukaji katika prophase I na alignment random katika metapase I. seli zinazozalishwa na meiosis ni vinasaba ya kipekee.

Meiosis na mitosis kushiriki kufanana, lakini kuwa na matokeo tofauti. Migawanyiko ya Mitotiki ni tarafa moja ya nyuklia inayozalisha viini vya binti ambavyo vinasaba vinafanana na kuwa na idadi sawa ya seti za kromosomu kama kiini asilia. Migawanyiko ya Meiotiki ni tarafa mbili za nyuklia zinazozalisha viini vya binti nne ambazo ni vinasaba tofauti na zina seti moja ya kromosomu badala ya seti mbili ambazo seli mzazi zilikuwa nazo. Tofauti kuu kati ya michakato hutokea katika mgawanyiko wa kwanza wa meiosis. Chromosomes ya homologous hutofautiana katika nuclei tofauti wakati wa meiosis mimi kusababisha kupunguza kiwango cha ploidy. Mgawanyiko wa pili wa meiosis ni sawa na mgawanyiko wa mitotic.

faharasa

chiasmata

(umoja = chiasma) muundo unaounda kwenye pointi za uvukaji baada ya nyenzo za maumbile zinabadilishwa

kuvuka

(pia, recombination) kubadilishana nyenzo maumbile kati ya chromosomes homologous kusababisha chromosomes kwamba kuingiza jeni kutoka kwa wazazi wote wa viumbe kutengeneza seli za uzazi

utungisho

muungano wa seli mbili haploidi kawaida kutoka viumbe wawili binafsi

interkinesis

kipindi cha kupumzika ambacho kinaweza kutokea kati ya meiosis I na meiosis II; hakuna replication ya DNA wakati wa interkinesis

meiosis I

duru ya kwanza ya mgawanyiko wa seli ya meiotic; inajulikana kama mgawanyiko wa kupunguza kwa sababu seli zinazosababisha ni haploidi

meiosis II

duru ya pili ya mgawanyiko wa seli ya meiotic kufuatia meiosis I; chromatids dada hutenganishwa kutoka kwa kila mmoja, na matokeo yake ni seli nne za kipekee za haploidi

kiunganisho upya

kuelezea kitu kilichoundwa na vifaa vya maumbile kutoka vyanzo viwili, kama vile chromosome yenye makundi mawili ya uzazi na baba ya DNA

mgawanyiko wa kupunguza

mgawanyiko wa nyuklia unaozalisha viini vya binti kila mmoja akiwa na nusu kama seti nyingi za kromosomu kama kiini cha wazazi; meiosis I ni mgawanyiko wa kupunguza

kiini cha kuacha za kimwili

seli zote za viumbe multicellular isipokuwa seli gamete-kutengeneza

sinepsi

kuundwa kwa uhusiano wa karibu kati ya chromosomes homologous wakati wa prophase I

tetrad

chromosomes mbili za homologous zilizopigwa (chromatids nne) zimefungwa pamoja na chiasmata wakati wa prophase I

Wachangiaji na Majina

• Template:ContribOpenStaxConcepts