Nastanak spolnih stanica

Uvod

Prisjetite se mitoze pa odgovorite na sljedeća pitanja:

• Koliko faza ima mitoza? Koje su to faze?
• Kako se raspoređuju kromosomi tijekom mitoze?
• Koliko stanica nastaje diobom od jedne tjelesne stanice?
• Koliko kromosoma sadrži svaka tjelesna stanica?

Mejoza – nastanak spolnih stanica

Naučili ste kako procesom mitoze iz jedne tjelesne stanice s diploidnim (2n) brojem kromosoma nastaju dvije nove, genski identične tjelesne stanice, s jednakim brojem kromosoma – svaka od njih ima 2n broj kromosoma koji su identični kao u stanice majke.

Za razliku od mitoze, mejozom nastaju spolne stanice. Pritom iz jedne diploidne stanice nastaju četiri genski različite haploidne stanice.

Razmislite i raspravite zašto spolne stanice imaju haploidan broj kromosoma za razliku od tjelesnih stanica.
Kako bi novonastale stanice imale haploidan broj kromosoma, tijekom mejoze se broj kromosoma u stanicama mora prepoloviti. Stoga se mejoza sastoji od prve diobe, mejoze I, tijekom koje se broj kromosoma prepolovi, a zatim se tijekom druge diobe, mejoze II, kromatide kromosoma odvajaju i raspoređuju u nove stanice. Tako u svaku stanicu odlazi po jedan jednostruki kromosom.

Mejozom nastaju spolne stanice – spermiji i jajne stanice. Svaki spermij i svaka jajna stanica, stoga, sadrže haploidan (n) broj kromosoma, a njihovim spajanjem nastat će diploidna (2n) stanica – zigota, iz koje se zatim dalje razvija diploidni organizam.

Na slici pogledajte kako izgledaju biljne stanice u različitim fazama mejoze.

Faze mejoze

Mejoza se sastoji od dviju uzastopnih dioba: mejoze I i mejoze II. Svaku od njih dijelimo na 4 faze koje imaju iste nazive kao i faze mitoze uz dodatak rimskih brojeva I ili II. Mejozi, isto kao i mitozi, prethodi interfaza. Prisjetite se što se događa sa stanicom tijekom interfaze.

Mejoza I sastoji se od 4 faze: profaze I, metafaze I, anafaze I i telofaze I.

U profazi I iz kromatina se oblikuju kromosomi i dolazi do sparivanja homolognih kromosoma. Homologni kromosomi su kromosomi koji su jednake veličine i oblika te na istome mjestu nose gene za ista obilježja. Jedan kromosom iz homolognoga para naslijedili smo od oca, a drugi od majke. U ljudskim stanicama razlikujemo 23 homologna para kromosoma koje još nazivamo bivalenti (jer su to dva kromosoma) ili tetrade (jer su kromosomi dvostruki pa ukupno jedan homologni par kromosoma ima 4 kromatide). Geni koji se nalaze na istome mjestu na oba kromosoma koji čine bivalent određuju isto obilježje (npr. boja očiju), no to ne treba nužno biti ista varijanta toga obilježja. Primjerice, na jednome se kromosomu može nalaziti gen za smeđu boju očiju, a na njegovu homolognom paru gen za zelenu boju očiju.

Tijekom profaze I homologni kromosomi mogu međusobno izmijeniti dijelove kromatida, a time i gene koji se nalaze na tim dijelovima kromatida. Taj proces naziva se krosingover (engl. crossing – križanje), a njime nastaju nove kombinacije gena u kromosomima koje mogu rezultirati boljim prilagodbama za preživljavanje u određenim uvjetima.

U metafazi I niti diobenoga vretena slažu homologne parove kromosoma u središte stanice. Tijekom anafaze I niti se diobenoga vretena skraćuju i razdvajaju homologne kromosome te dvostruki kromosomi iz homolognoga para putuju na suprotne polove stanice. U telofazi I dvostruki kromosomi dospjeli su na suprotne polove stanice i slijedi citokineza kojom se odvaja citoplazma u dvije stanice s haploidnim brojem kromosoma.

Ubrzo nakon završetka mejoze I slijedi mejoza II tijekom koje se odvajaju sestrinske kromatide kromosoma, a također se sastoji od 4 faze: profaze II, metafaze II, anafaze II i telofaze II.

U profazi II kromosmomi se ponovno spiraliziraju i oblikuju se niti diobenoga vretena koje se prihvaćaju za pričvrsnice kromosoma.

Tijekom metafaze II niti diobenoga vretena poredaju kromosome u sredinu stanice.

U anafazi II niti se diobenoga vretena skraćuju i odvajaju sestrinske kromatide svakoga kromosoma koje putuju prema suprotnim polovima stanice.

Nakon telofaze II, u kojoj kromatide dospijevaju na suprotne polove stanice, te citokineze, nastaju 4 odvojene stanice s po jednim setom jednostrukih kromosoma. Time mejoza završava.

U videozapisu pogledajte što se događa tijekom mejoze I, a što tijekom mejoze II.
Imenujte određenu fazu mejoze prema opisima unutar videozapisa. Zapišite u kojoj je minuti imenovana faza prikazana.

Raznolikost spolnih stanica

Za vrijeme mejoze dolazi do izmjene genskoga materijala između homolognih kromosoma. Taj se proces naziva krosingover, s obzirom da se izmjena događa nakon što se susjedne nesestrinske kromatide međusobno križaju.
Na mjestu križanja dijelovi se kromatida odvajaju, a zatim spajaju sa susjednom kromatidom drugoga kromosoma na istome mjestu. Proces se može dogoditi više puta i na više različitih mjesta na kromosomu, a događa se nasumično. Tako kromosomi međusobno izmjenjuju gene i nastaju nove kombinacije gena koje će potomci naslijediti.

Istražite sljedeći objekt kako biste razumjeli kako kromosomi izmjenjuju genski materijal s pomoću krosingovera.

Značaj mejoze

Razmislite, kako nastaje raznolikost unutar neke populacije. Zašto su organizmi prilagođeni varijacijama u okolišu?

Razlog tomu leži upravo u procesu mejoze. Mejozom nastaju genske varijacije koje predstavljaju materijal za prirodnu selekciju. Mejoza je vrlo značajan proces jer omogućuje spolno razmnožavanje koje je važno za dobivanje raznolikih kombinacija gena u potomstvu. S obzirom da su potomci dobiveni na takav način međusobno različiti, neki od njih bit će bolje prilagođeni trenutačnim uvjetima okoliša i imat će veće šanse za preživljavanje i prenošenje gena na svoje potomke. Kad bi postojala jedino mitoza, stanice bi se mogle dijeliti, ali bez izmjenjivanja gena unutar kromosoma. Tako bi uvijek nastajali klonovi koji možda, jer su svi identični, ne bi preživjeli moguće promjene u okolišnim uvjetima. Ujedno bi i nakupljali greške prilikom replikacije DNA, koje bi se prenosile na potomke i s vremenom bi nakupili previše genskih bolesti koje bi onemogućile opstanak vrste.

Populacija se može prilagoditi promjenana u okolišu samo ako može stvarati genske varijacije, koje su rezultat mejoze. Zbog miješanja i nasumičnoga raspoređivanja genskoga materijala tijekom mejoze, spolne stanice koje nastaju nisu genski identične, a razlikuju se i međusobno i od roditeljskih stanica od kojih su nastale. Krosingover i nasumična orijentacija bivalenata ključni su procesi za postizanje veće genske raznolikosti organizama i raznolikosti njihovih prilagodbi na okoliš. Preživjet će oni organizmi koji su bolje prilagođeni okolišnim uvjetima, a ostali će biti eliminirani prirodnom selekcijom. Tako će buduće generacije nasljeđivati samo one kombinacije gena koje predstavljaju prednost u trenutačnim okolišnim uvjetima, što povećava šanse za opstanak vrste.

Imenujte prikazane faze. Opišite što se u svakoj od njih događa. U kojim su fazama kromosomi dvostruki, a u kojima jednostruki? Zašto se u mejozi oblikuju bivalenti? Opišite dva procesa tijekom mejoze koji omogućuju nastanak genski različitih stanica. Zašto je važno da stanice nastale mejozom budu haploide?