Проработав эти темы, Вы должны уметь:

1. Перечислить уровни организации живой материи и признаки, характеризующие живой организм.
2. Кратко рассказать о том, как происходит репликация ДНК.
3. Описать строение хромосомы эукариотической клетки.
4. Перечислить основные события митоза и охарактеризовать функцию митоза при клеточном делении.
5. Указать отличие митоза от мейоза.
6. Рассказать о значении мейоза и оплодотворения в осуществлении преемственности между поколениями.
7. Указать закономерности индивидуального развития.
8. Обсудить преимущества, имеющиеся у организмов с чередованием полового и бесполого размножения на протяжении жизненного цикла.
9. Рассказать о преимуществах и недостатках полового размножения по сравнению с бесполым.
10. Привести доказательства в пользу гипотезы о том, что почти при всех системах скрещивания право выбора принадлежит самке.
11. Рассмотреть возможные причины моногамии у человека.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000

• Тема 8. "Митоз. Мейоз." §19-22 стр. 53-62
• Тема 9. "Индивидуальное развитие организма. Типы размножения организмов." §23-24 стр. 65-68

При половом размножении дочерний организм возникает в результате слияния двух половых клеток (гамет ) и последующего развития из оплодотворенной яйцеклетки - зиготы.

Половые клетки родителей обладают гаплоидным набором (n ) хромосом, а в зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n ): каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому .

Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате особого клеточного деления - мейоза.

Мейоз - разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых же лез образуются гаплоидные гаметы (1 n ). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.

Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2n2хр (рис. 1).

В профазе мейоза I происходит постепенная спирализация хроматина с образованием хромосом. Гомологичные хромосомы сближаются, образуя общую структуру, состоящую из двух хромосом (бивалент) и четырех хроматид (тетрада). Соприкосновение двух гомологичных хромосом по всей длине называется конъюгацией. Затем между гомологичными хромосомами появляются силы отталкивания, и хромосомы сначала разделяются в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы). Расхождение хроматид постепенно увеличивается, и перекресты смещаются к их концам. В процессе конъюгации между некоторыми хроматидами гомологичных хромосом может происходить обмен участками - кроссинговер, приводящий к перекомбинации генетического материала. К концу профазы растворяются ядерная оболочка и ядрышки, формируется ахроматиновое веретено деления. Содержание генетического материала остается прежним (2n2хр).

В метафазе мейоза I биваленты хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. В этот момент спирализация их достигает максимума. Содержание генетического материала не изменяется (2п2хр).

В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и расходятся к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна - число хромосом уменьшается вдвое (происходит редукция). Содержание генетического материала становится 1n2хр у каждого полюса.

В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы - образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома - две хроматиды (1n2хр).

Интеркинез - короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.

Рис. 1. Схема мейоза (показана одна пара гомологичных хромосом). Мейоз I: 1, 2, 3. 4. 5 - профаза; 6 -метафаза; 7 - анафаза; 8 - телофаза; 9 - интеркинез. Мейоз II; 10 -метафаза; II -анафаза; 12 - дочерние клетки.

В профазе мейоза II происходят тс же процессы, что и в профазе митоза. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Изменений содержания генетического материала не происходит (1n2хр). В анафазе мейоза II хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки, и содержание генетического метериала у каждого полюса становится lnlxp. В телофазе образуются 4 гаплоидные клетки (lnlxp).

Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной материнской клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза I происходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II - случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы являются причиной комбинативной изменчивости.

Биологическое значение мейоза :

1) является основным этапом гаметогенеза;

2) обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении;

3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.

Атак же, биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гамет сливаются. Если бы указанной редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Однако это противоречит правилу постоянства числа хромосом. Благодаря мейозу половые клетки гаплоидны, а при оплодотворении в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом (рис. 2 и 3).

Рис. 2. Схема гаметогенеза: ? - сперматогенез; ? - овогенез

Рис. 3. Схема, иллюстрирующая механизм сохранения диплоидного набора хромосом при половом размножении

Митоз — основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение между дочерними клетками наследственного материала.

Митоз представляет собой непрерывный процесс, в котором выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза. Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз вместе составляют митотический цикл . Ниже приводится краткая характеристика фаз цикла.

Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G 1 , синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G 2 .

Пресинтетический период (2n 2c , где n — число хромосом, с — число молекул ДНК) — рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду.

Синтетический период (2n 4c ) — репликация ДНК.

Постсинтетический период (2n 4c ) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.

Профаза (2n 4c ) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.

Метафаза (2n 4c ) — выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза (4n 4c ) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).

Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках — за счет клеточной пластинки.

1 — профаза; 2 — метафаза; 3 — анафаза; 4 — телофаза.

Биологическое значение митоза. Образовавшиеся в результате этого способа деления дочерние клетки являются генетически идентичными материнской. Митоз обеспечивает постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток. Лежит в основе таких процессов, как рост, регенерация, бесполое размножение и др.

— это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.

Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c ) образуются две гаплоидные (1n 2c ).

Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c , в конце — 2n 4c ) — синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.

Профаза 1 (2n 4c ) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер. Конъюгация — процесс сближения и переплетения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют бивалентом . Кроссинговер — процесс обмена гомологичными участками между гомологичными хромосомами.

Профаза 1 подразделяется на стадии: лептотена (завершение репликации ДНК), зиготена (конъюгация гомологичных хромосом, образование бивалентов), пахитена (кроссинговер, перекомбинация генов), диплотена (выявление хиазм, 1 блок овогенеза у человека), диакинез (терминализация хиазм).

1 — лептотена; 2 — зиготена; 3 — пахитена; 4 — диплотена; 5 — диакинез; 6 — метафаза 1; 7 — анафаза 1; 8 — телофаза 1;
9 — профаза 2; 10 — метафаза 2; 11 — анафаза 2; 12 — телофаза 2.

Метафаза 1 (2n 4c ) — выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза 1 (2n 4c ) — случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая — к другому), перекомбинация хромосом.

Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) — образование ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.

Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным .

Интерфаза 2 , или интеркинез (1n 2c ), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.

Профаза 2 (1n 2c ) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.

Метафаза 2 (1n 2c ) — выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.

Анафаза 2 (2n 2с ) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.

Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.

Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет.

Амитоз

Амитоз — прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования хромосом, вне митотического цикла. Описан для стареющих, патологически измененных и обреченных на гибель клеток. После амитоза клетка не способна вернуться в нормальный митотический цикл.

Клеточный цикл

Клеточный цикл — жизнь клетки от момента ее появления до деления или смерти. Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл, который включает в себя период подготовки к делению и собственно митоз. Кроме этого, в жизненном цикле имеются периоды покоя, во время которых клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу: гибель или возврат в митотический цикл.

Перейти к лекции №12 «Фотосинтез. Хемосинтез»

Перейти к лекции №14 «Размножение организмов»

Цель урока: повторение материала о способах размножения клеток.

Задачи

Образовательная: сформировать и закрепить знания о двух видах деления клеток, о значении деления клеток для одноклеточных и многоклеточных организмов, о процессах, происходящих в различных фазах митоза и мейоза, об отличиях мейоза и митоза.

Развивающая: развитие умений работать в группе, характеризовать объекты и явления, сравнивать их, обосновывать выводы, применять знания, оценивать себя и свои знания; развитие интереса к предмету.

Воспитательная: воспитание уважительного отношения друг к другу.

Оборудование: листы ватмана и бумаги, фломастеры, клей, скотч, ножницы, файлы с заданиями, карточка-инструкция для каждой команды.

Подготовка к уроку

1. На предыдущем уроке учащихся следует ознакомить с принципами и правилами проведения урока-мастерской.

2. Так как тема «Деление клетки» изучалась в 9-м классе и учащиеся многое забыли, в качестве домашнего задания они должны были повторить материал по теме: «Деление клетки».

Деление класса на команды

Учащимся предлагается выбрать один из следующих вопросов и записать его на листке бумаги. (Вероятнее всего ученик выберет вопрос, ответ на который он знает или предполагает, что знает.)

В чем биологический смысл мейоза?
Чем отличается митоз от мейоза?
В чем заключается биологический смысл митоза?

Из листка с написанным вопросом надо сложить бумажный самолетик. Встав в круг, учащиеся запускают свои самолетики (все одновременно по команде учителя) и, подняв упавший рядом самолетик, повторяют эту операцию 2 раза. Раскрыв самолетики, учащиеся распределяются на три команды – по одинаковым вопросам.

Каждая команда получает файл, в котором находится материал для работы: список терминов, определения, схемы, историческая справка.

Карточка-инструкция

Выберите из списка терминов (Приложение 2) те, которые имеют отношение к теме «Деление клетки. Митоз. Мейоз». Выбранные слова команды зачитывают вслух.

Подберите определения (Приложение 3), соответствующие выбранным терминам из предыдущего задания. Будьте внимательны, некоторые определения заменены! Чтобы выполнить это задание правильно, необходимо у другой команды найти и попросить свое определение. Терминами меняться нельзя!

К процессам, протекающим в клетке во время митоза или мейоза, подберите соответствующие рисунки (Приложение 4).

На лист ватмана наклейте слова, определения и рисунки в логической последовательности. Подготовьте небольшой рассказ о данном биологическом процессе.

(Команды вывешивают свои работы на стенд. Члены команд рассказывают о процессах, изображенных на ватмане.)

Ответьте на вопрос, который записан на вашем листке-«самолетике». Ответ запишите в тетради. (При выполнении этого задания можно пользоваться первоисточником. Каждая команда зачитывает свой ответ на вопрос вслух.)

Рефлексия

Вариант 1 (если до конца урока осталось много времени).

Приведите два-три аргумента в защиту того, что тему «Деление клетки. Митоз и мейоз» необходимо изучать в курсе общей биологии средней школы.

Вариант 2 (если времени недостаточно).

Довольны ли вы уроком, своей работой на уроке? Подумайте, оцените свое эмоциональное состояние. Запишите ответ на листочке и, уходя, прикрепите на стенд.

Домашнее задание

Ответьте на следующие вопросы.

Какие факторы вызывают нарушение митоза и мейоза?
К каким последствиям это может привести?

Приложение 1. Историческая справка

Флемминг Вальтер (1843–1905), немецкий гистолог. Профессор университетов в Праге (с 1873) и Киле (1876–1901). Основные труды по гистологии моллюсков, регенерации тканей, изучению соединительной и жировой тканей, строения фолликулов, клеток спинальных ганглиев и др. Особую известность приобрели его исследования тонкого строения клетки. С помощью разработанных им методов фиксации (жидкость Флемминга) и окраски изучал структуру протоплазмы, ядра, центросом и, особенно детально, процесс деления клетки (прямое и непрямое). Эти исследования имели большое значение для развития цитологии; его методы фиксации и окраски получили широкое распространение в лабораторной практике.

Страсбургер Эдвард (1844–1912), немецкий ботаник, по происхождению поляк, член Польской АН в Кракове (1888). Учился в Варшаве, Бонне и Йене. Был доцентом Варшавского (1867–1869), профессором Йенского (1869–1880) и Боннского (1880–1911) университетов. Основные труды в области цитологии, анатомии и эмбриологии растений. Исследовал митоз. Описал мейоз у высших растений, объяснил биологическое значение редукции числа хромосом. Изучал процесс оплодотворения, явления партеногенеза и апогамии. Работы ученого имели большое значение для подготовки хромосомной теории наследственности и развития представлений о генетическом единстве высших растений. Усовершенствовал методику цитологических исследований. Соавтор переиздававшегося курса ботаники (Учебник ботаники, 1894; 30-е изд. – 1971), переведенного на ряд языков, в том числе на русский.

Чистяков Иван Дорофеевич (1843–1877), русский ботаник. Окончил Московский университет (1868) и был оставлен при нем, с 1871 г. профессор и заведующий Ботаническим садом. Основоположник московской школы эмбриологов и цитологов растений. Одним из первых наблюдал и описал митоз у растений (1874).

Приложение 2. Термины

(Подчеркнутые слова – верный выбор учащихся.)

Файл № 1 (синий)

Митоз , профаза , метафаза , анафаза , телофаза , амитоз , клеточный цикл , фотосинтез.

Файл № 2 (зеленый)

Мейоз , 1-е деление , профаза 1 , метафаза 1 , анафаза 1 , телофаза 1 , кроссинговер , ассимиляция, диссимиляция.

Файл № 3 (красный)

Мейоз , 2-е деление , профаза 2 , метафаза 2 , анафаза 2 , телофаза 2 , интерфаза , полимеры.

Приложение 3. Определения

Файл № 1 (синий)

Митоз – это способ деления эукариотических клеток, при котором каждая из двух вновь возникающих клеток получает такой же генетический материал, как в исходной клетке.

Профаза – хромосомы спирализуются и становятся хорошо заметными в световой микроскоп, исчезает ядрышко, две центриоли расходятся к полюсам клетки, отходящие от них микротрубочки формируют веретено деления, ядерная оболочка распадается.

Анафаза

Телофаза – вокруг собранных у полюсов хромосом формируется ядерная оболочка, хромосомы деспирализуются (из компактных превращаются в тонкие и длинные, неразличимые в световой микроскоп). Образуются ядрышки. Эта стадия заканчивается цитокинезом (разделением цитоплазмы) и образованием двух диплоидных клеток.

Амитоз – прямое деление ядер путем перетяжки, не всегда заканчивается цитокинезом, в результате обычно возникают многоядерные клетки. После амитоза клетки не способны приступить к митотическому делению. Этот процесс характерен для отмирающих клеток.

Клеточный цикл – период жизни клетки от деления до деления, основная часть жизни клетки.

Интерфаза – период между делениями (лат. inter – между). Клетка интенсивно растет, увеличивается количество структур и веществ в клетки, количество хромосом удваивается.

(Определение интерфазы в этом файле лиш нее, а определение метафазы отсутствует .)

Файл № 2 (зеленый)

Мейоз (греч. meiosis

1-е деление – первое деление мейоза.

Профаза 1 – хромосомы начинают конденсироваться и становятся различимыми в световой микроскоп. Затем гомологичные хромосомы начинают сближаться друг с другом – конъюгировать. Пару конъюгирующих хромосом называют бивалентом (каждый бивалент образован 4 хроматидами). Заканчивается репликация ДНК. Фаза заканчивается исчезновением ядерной оболочки и ядрышка.

Метафаза 1 – биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. К центромерам прикрепляются нити веретена деления.

Анафаза 1 – бивалент распадается на две хромосомы, которые отходят к разным полюсам клетки.

Телофаза 1 – хромосомы деконденсируются (из компактных превращаются в тонкие и длинные, неразличимые в световой микроскоп). Вокруг собранных у полюсов хромосом формируется ядерная оболочка. Образуются ядрышки. Эта стадия заканчивается цитокинезом (разделением цитоплазмы) и образованием двух диплоидных клеток.

Метафаза

(Определение метафазы в этом файле лиш нее, а определение кроссинговера отсутствует .)

Файл № 3 (красный)

Мейоз (греч. meiosis – уменьшение) – это способ деления эукариотических клеток, при котором происходит редукция (уменьшение) числа хромосом, т.е. из диплоидной (содержащей двойной набор хромосом) клетки образуются гаплоидные (содержащие одинарный набор хромосом).

2-е деление – второе деление мейоза.

Профаза 2 – хромосомы спирализуются и становятся хорошо заметными в световой микроскоп, исчезает ядрышко, две центриоли расходятся к полюсам клетки, отходящие от них микротрубочки формируют веретено деления.

Метафаза 2 – все хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, на этой стадии их можно хорошо различать и сосчитать в клетке.

Анафаза 2 – стадия, во время которой сестринские хроматиды, ставшие самостоятельными хромосомами, расходятся к противоположным полюсам клетки.

Телофаза 2 – вокруг собранных у полюсов хромосом формируется ядерная оболочка. Хромосомы деспирализуются (из компактных превращаются в тонкие и длинные, неразличимые в световой микроскоп). Образуются ядрышки. Эта стадия заканчивается цитокинезом (разделением цитоплазмы) и образованием четырех гаплоидных клеток.

Кроссинговер (англ. сrossing-over – прекрест) – обмен идентичными участками гомологичных хромосом.

(Определение кроссинговера в этом файле лиш нее, а определение интерфазы отсутствует .)

Все организмы состоят из клеток, они способны к развитию, размножению и росту. Митоз и мейоз — способы деления клеток. Именно с их помощью происходит размножение клеток. Эти 2 способы во многом похожи. Митоз и мейоз состоят из одинаковых фаз. При помощи мейоза размножаются половые клетки , а при помощи митоза — соматические.

Мейоз — процесс деления клеток, может привести к образованию гамет.

Митоз — процесс непрямого деления клеток-эукариотов. Благодаря ему делятся клетки грибов, растений, животных.

Сходства и различия митоза и мейоза:

• Митоз может передавать информацию от клетки к клетке. А мейоз в свою очередь передает от поколения к поколению.
• Митоз является универсальным способом размножения всех клеток тела. А мейоз — способ образования яйцеклеток и сперматозоидов.
• В результате мейоза образуются 4 клетки. Митоз приводит к образованию 2 клеток.
• При мейозе клетка получает гаплоидный набор — уменьшение числа хромосом. При митозе клетки остаются диплоидными — количество хромосом не изменяется.
• Мейоз состоит из двух делений, а митоз — из одного.