Semua orang tahu bahwa dengan reproduksi seksual, organisme baru muncul sebagai hasil dari peleburan dua gamet (sel kelamin). Gametogenesis, atau pembentukan sel generatif, terjadi melalui pembelahan spesifik yang disebut meiosis. Apa inti dari proses ini, apa tahapannya, akan kami ceritakan di artikel ini.
Sedikit pengetahuan umum
Untuk sebagian besar organisme heteroseksual di planet kita, reproduksi seksual adalah ciri khasnya. Dalam hal ini, gamet memiliki set setengah kromosom, yang disebut haploid (n). Sebagai hasil dari fusi gamet, zigot terbentuk, di mana diploidi dipulihkan, dan set kromosom ditunjuk 2n, yang merupakan inti dari meiosis (singkat).
Misalnya, Drosophila (lalat buah) hanya memiliki 4 kromosom - ini adalah himpunan diploid. Gamet dalam nukleusnya hanya memiliki 2 kromosom. Pada manusia, di setiap sel dalam nukleus ada 46 kromosom, dan di gamet (telur dan sperma) - masing-masing 23.
Tapipemulihan diploidi selama reproduksi seksual hanyalah sebagian kecil dari inti meiosis.
Kromosom dan kromatid
Untuk memahami materi berikut, penting untuk memahami perbedaan keduanya.
Kromosom (sebutan n digunakan) disebut pembawa materi genetik, tetapi secara sederhana ini adalah molekul DNA (asam deoksiribonukleat), berlipat ganda dan terletak di inti sel eukariotik (memiliki inti dengan selubung membran) organisme. Dalam bentuk yang biasa kita lihat di buku teks dan buku referensi (foto di atas menunjukkan kromosom manusia), mereka menjadi terlihat hanya selama interfase, sebelum pembelahan sel, ketika mereka sudah berlipat ganda.
Tapi kromatid (dilambangkan dengan) - ini hanyalah bagian struktural dari kromosom, yang telah melalui proses replikasi (penggandaan) di interfase sebelum pembelahan sel. Kromatid adalah salah satu dari dua salinan DNA yang terhubung pada saat ini oleh penyempitan khusus (sentromer).
Selama dua kromatid dihubungkan oleh sentromer, mereka disebut kromatid bersaudara. Dan hanya selama pembelahan seksual sel (meiosis) mereka memisahkan dan mewakili unit independen dari materi herediter, dan jika persilangan terjadi di antara mereka (lebih lanjut tentang itu nanti), maka mereka mengalami perubahan dalam urutan gen.
Semua kromosom berbeda dalam bentuk dan ukuran dalam satu pasangan homolog (identik). Seluruh set kromosom dalam sel dari spesies yang sama disebut kariotipe. Jadi, pada manusia, kariotipenya adalah 46 kromosom,dimana 22 pasang adalah homolog atau autosom, dan 23 pasang adalah kromosom seks (X dan Y). Dalam gamet manusia (sperma dan sel telur) ada set kromosom setengah (haploid) - 23 autosom dan 1 kromosom seks (X atau Y).
Hanya meiosis menyediakan set seperti itu dalam gamet.
Pembelahan sel khusus
Pembelahan spesifik dengan pembentukan sel germinal - meiosis (dari kata Yunani, yang berarti reduksi) adalah sekumpulan dua pembelahan sel yang berurutan, akibatnya nukleus membelah dua kali, dan kromosom hanya sekali. Karena ini, ada penurunan (pengurangan) set kromosom dalam gamet hingga setengahnya, yang, ketika mereka bergabung, mengembalikan diploidi zigot. Ini adalah signifikansi biologisnya.
Meiosis (fase-fasenya) di semua organisme hidup terjadi dengan cara yang sama:
- Pembagian pertama (reduksi), setelah itu jumlah kromosom dibelah dua.
- Pembagian kedua (persamaan) terjadi sebagai pembelahan sederhana (mitosis). Ini juga disebut leveling.
Pembelahan meiosis pertama
Selama persiapan sel untuk pembelahan (interfase) dalam nukleus, jumlah kromosom berlipat ganda (ada 4 n), yang khas untuk sel yang membelah dengan pembelahan sederhana (mitosis). Dalam sel-sel prekursor gamet (pada manusia, spermatosit dan oosit), penggandaan seperti itu tidak terjadi pada interfase, dan sel memulai meiosis dengan satu set kromosom 2n dan melewatilangkah-langkah berikut:
- Prophase I. Pada tahap ini, kromosom menjadi lebih rapat dan rapat. Konjugasi (adhesi) kromosom homolog (satu pasang) terjadi, di mana terjadi pindah silang. Proses ini merupakan karakteristik hanya untuk meiosis (apa esensinya, kami akan jelaskan di bawah). Kemudian kromosom dipisahkan, cangkang inti sel dihancurkan, dan gelendong pembelahan mulai terbentuk.
- Metafase I. Serat gelendong menempel pada sentromer kromosom, dan mereka sendiri terletak di sepanjang ekuator pembelahan yang saling berhadapan, dan tidak sepanjang garis yang sama (seperti pada mitosis).
- Anaphase I. Benang spindel meregangkan kromosom ke kutub. Secara singkat, arti dan inti dari meiosis terletak pada fase pembelahan - kutub memiliki n kromosom.
- Telofase I. Pada tahap ini, selubung inti terbentuk. Pada hewan dan beberapa tumbuhan, pembelahan sitoplasma lebih lanjut terjadi dan dua sel anak terbentuk.
Sel yang terbentuk masuk ke interfase, yang sangat pendek atau tidak ada.
Pembagian meiosis kedua
Meiosis II memiliki fase yang sama:
- Profase II. Kromosom menjadi lebih padat, membran inti menghilang, dan gelendong fisi mulai muncul (foto di atas).
- Selama metafase II, pembentukan gelendong berlanjut, dan kromosom terletak di sepanjang ekuator pembelahan.
- Anafase II. Kromosom diregangkan ke kutub sel (foto di bawah).
- Telofase II. Membran inti terbentuk, sitoplasma dibagi antaradua sel.
Dengan pembelahan ini, jumlah kromosom tidak berubah, tetapi masing-masing hanya terdiri dari satu kromatid (unit struktural). Ini adalah inti dari meiosis II. Sel dibentuk dengan satu set kromosom haploid di setiap (n).
Kepentingan biologis meiosis
Apa itu, sudah jelas:
- Meiosis adalah mekanisme sempurna yang memastikan keteguhan kariotipe (jumlah kromosom) spesies yang melekat pada reproduksi seksual.
- Karena dua pembelahan meiosis yang berurutan, jumlah kromosom dalam gamet menjadi haploid dan menjadi logis untuk mengembalikan diploid ketika mereka bergabung (membuahi) dengan pembentukan zigot dengan kariotipe diploid asli.
- Meiosislah yang memberikan sifat organisme seperti variabilitas. Pada profase I - karena pindah silang, dan pada anafase I - karena fakta bahwa kromosom homolog dengan gen yang berbeda dapat berakhir di gamet yang berbeda.
Apa itu Crossover
Mari kembali ke profase I meiosis. Pada saat inilah, ketika kromosom homolog telah mendekat dan hampir saling menempel, pertukaran di antara mereka dari situs mana pun dapat terjadi. Pertukaran inilah yang disebut crossing over, yang secara harfiah diterjemahkan dari bahasa Inggris (crossing over) berarti penyeberangan atau penyeberangan.
Dengan kata lain, satu bagian dari kromosom dapat bertukar tempat dengan bagian yang sama dari kromosom lain dari pasangan yang sama. Mekanisme ini memberikan variabilitas genetik rekombinatif organisme. menyeretgen mengarah pada peningkatan keanekaragaman hayati dalam satu spesies.
Siklus hidup dan meiosis
Bergantung pada tahap siklus hidup meiosis yang terjadi, ada tiga jenis meiosis dalam biologi:
- Awal (zigot) terjadi segera setelah pembuahan di zigot. Jenis meiosis ini khas untuk organisme dengan dominasi fase haploid dalam siklus hidup. Ini adalah jamur (ascomycetes dan basidomycetes), beberapa alga (chlamydomonas), protozoa (sporozoa).
- Meiosis menengah (spora) terjadi selama pembentukan spora pada organisme dengan pergantian seragam bentuk diploid dan haploid. Ini adalah spora yang lebih tinggi (lumut, lumut klub, ekor kuda, pakis), gymnospermae dan angiospermae. Di antara hewan, meiosis jenis ini merupakan ciri dari protozoa laut foraminifera.
- Meiosis akhir (gametik) melekat pada semua hewan multiseluler, rumput laut fucus dan beberapa protozoa (ciliates). Dalam organisme ini, fase diploid mendominasi dalam siklus hidup, dan hanya gamet yang memiliki satu set kromosom haploid.
Ringkasan
Siswa berkenalan dengan esensi meiosis di kelas 6 ketika mempelajari protozoa, alga, dan melanjutkan ke studi biologi tumbuhan. Konsep kunci biologi umum dan mekanisme pembentukan sel benih (gamet) memungkinkan kita untuk memahami kesamaan semua kehidupan di planet kita, untuk memahami berbagai siklus hidup tumbuhan dan hewan.
Selain itu, kita harus meiosisbersyukur atas keragaman intraspesifik spesies biologis Homo sapiens. Selama pelajaran biologi di kelas-kelas berikutnya, siswa terus mempelajari fase-fase pembelahan seksual, dan ketika mereka berkenalan dengan genetika, hukum hereditas dan variabilitas.
Mempelajari mekanisme berbagai pembelahan sel memungkinkan kita memahami keunikan dan kemanfaatan hukum alam, yang telah terbentuk selama miliaran tahun evolusi di satu planet tata surya. Dan kami beruntung dilahirkan di sana.
