减数分裂

减数分裂是一种特殊的细胞分裂方式。与正常人体细胞的分裂方式--有丝分裂不同,减数分裂的结果是细胞中的染色体数目只有通常的一半,每对染色体只有一条。因此,减数分裂常被称为还原分裂。从长远来看,减数分裂增加了遗传变异,这一点将在后面解释。

精子使卵子受精时,就进行了有性生殖。卵子和精子是一种特殊的细胞,称为配子,或性细胞。配子是单倍体;它们的染色体数目只有正常体细胞(称为体细胞)的一半。受精可以使体细胞中的染色体恢复到二倍体数目。

一个物种的体细胞中染色体的基本数目称为体细胞数,标示为2n。在人类中,2n=46:我们有46条染色体。在性细胞中,染色体数目为n(人类:n=23)。所以,在正常的二倍体生物中,染色体有两份,每份来自父本(23x2=46)。唯一例外的是性染色体。在哺乳动物中,雌性有两条X染色体,雄性有一条X染色体和一条Y染色体。

核型指真核生物物种的特征染色体数目。核型的制备和研究是细胞遗传学的一部分,即细胞的遗传学。

所有有性繁殖的真核生物都利用减数分裂。这也包括许多单细胞生物。减数分裂不发生在古菌细菌中,它们通过二元裂变等无性过程进行繁殖。

交叉发生在同源染色体的染色体之间。Zoom
交叉发生在同源染色体的染色体之间。

减数分裂是有性生殖的一部分

受精的意义

子代从父母双方各得到一套染色体,所以,总体上,它的遗传有一半来自父母双方。但这两组染色体与亲本的染色体并不完全相同。这是因为它们在还原分裂过程中发生了变化,这个过程叫做交叉

减数分裂的意义

这有两个方面。

1.首先,要将每个卵子或精子的染色体减少到只有一组。

一对染色体中的两条染色体并不完全相同,因为在染色体上的任何一个特定位点上,两条染色体上可能有不同的等位基因(基因的形式)。想一想每对染色体,每对亲本都有一套。从每对染色体中,只有一条进入每个配子。所以,首先,配子不同,因为每一对配子可能有父亲的染色体,也可能有母亲的染色体。这就是所谓的"独立配子"。

2.使每对亲本染色体之间发生交叉。交叉改变了某条染色体上的等位基因。

所以,虽然说是"母亲"和"父亲"的染色体,但实际上配子的染色体并不都是父母的染色体。这是因为在减数分裂的过程中,染色体的位点被交换了。

虽然配子只有一套染色体,但这套染色体是来自父母双方遗传物质的洗牌混合物。每一个卵子或精子都可能有来自父母染色体的不同等位基因选择。

就像洗牌一样,可以产生许多不同的基因组合,而不改变任何单个基因(突变)。然而,突变确实会发生,它们可能会增加以前种群中没有的等位基因。无论如何,洗牌增加了后代的多样性,而这种多样性至少使一些后代在困难时期有更好的生存机会。减数分裂过程中发生的等位基因的洗牌可能是有性生殖存在的原因。

"不难想到,为什么有性人口应该比无性人口具有长期优势。它们可以更迅速地发展以适应不断变化的环境."

特殊情况

周期性兼性发生

有几个相当大的类群(生物群)采用周期性的兼性生殖。这是指几代人都是由处女出生,然后一代人发生正常的有性繁殖。例子包括蚜虫,以及甲壳类(小型甲壳动物,称为水蚤)。蚜虫通常是这样操作的:当天气好,植物寄主处于最佳状态时,它们就利用兼性生殖。在季节结束时,当天气变差时,它们就采用有性繁殖。这种繁殖系统称为有性生殖

在兼性发生中,卵子只含有母体的遗传物质,而不受精。卵细胞可以通过减数分裂或有丝分裂产生。当减数分裂时,交配产生的遗传指纹与母体的有一定的差异。所以,兼性遗传的绿蝶后代并不是完全相同的,确实会出现一些遗传变异:由于减数分裂,有些染色体片段不同。有丝分裂会产生相同的后代。

在这些兼性类群中,有一些种已经完全放弃了性别。

丧失性能力

少数真核生物已经完全丧失了有性繁殖的能力,因此没有减数分裂。其中包括Bdelloid轮虫,它们只通过兼性生殖进行繁殖。

减数分裂的细节

减数分裂可分为减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ。

减数分裂I

第一次分裂的功能是允许越冬。与有丝分裂一样,减数分裂包括前期、中期、中期和末期。

第一阶段

染色体变得可见,核包膜消失,中心粒(在核的顶部和底部)开始形成纺锤纤维,包住染色体。

在这一阶段,每条染色体被分割成两条姐妹染色体,由中心粒固定在一起。成对的染色体现在有四条染色体(两组"姐妹")压在一起。交叉发生在两条非姐妹染色体之间,另外两条仍未交合。交叉的结果是参与交配的每条染色体、DNA和相关染色质蛋白的片段交换。在遗传学上,这个过程称为重组

蜕变期一

染色体沿纺锤体纤维的赤道(中心线)排成同源对。

第一阶段

染色体的分裂使细胞两边的数量相等。如人体细胞中有46条染色体,其中23条在两边。

(细胞分裂,即细胞一分为二,发生。细胞分裂。)。

第一阶段

两个子细胞完全分裂,形成核包膜,染色体变得不太明显。这些细胞中各有23条染色体。

减数第二次分裂

两个细胞准备在一个称为间期或间期II的阶段再次分裂。这两个细胞都将经历减数分裂II期。

第二阶段

染色体变得可见,核包膜消失,中心粒形成纺锤纤维。

蜕变期II

染色体沿着纺锤体纤维上的中线排列。

第二阶段

染色体被分裂成其两条染色体。染色体是构成染色体的两条DNA(脱氧核酸)。它们由中间的连接点连接,称为中心粒。

(细胞运动发生,细胞分裂)

Telophase II

细胞完全分裂。细胞核包膜发生变化,产生了四个具有不同DNA的新细胞。

在男性,所有四个细胞都成为精子。在女性中,只有一个细胞成为成熟的卵子,而其余三个细胞则重新被吸收到体内。

涉及减数分裂的事件,显示出染色体的交叉。Zoom
涉及减数分裂的事件,显示出染色体的交叉。

遇到的问题

在人类中,有一些情况是由减数分裂出错引起的。例如:

  • 唐氏综合征--21号染色体三体综合征
  • 帕陶综合征--13号染色体三体综合症
  • 爱德华氏综合征--18号染色体三体综合征。
  • Klinefelter综合征--男性额外的X染色体--即XXY、XXXXY、XXXXY。
  • 特纳综合症--女性缺少一条X染色体--即XO。
  • 三X综合征--女性身上多了一条X染色体。
  • XYY综合征

问题和答案

问:什么是减数分裂?
答:减数分裂是一种特殊类型的细胞分裂,其结果是细胞中的染色体数量为通常的一半,每对染色体各一条。它也被称为还原分裂。

问:减数分裂是如何增加遗传变异的?
答:减数分裂通过第一阶段的交叉和第一阶段的随机分离过程创造新的基因组合来增加遗传变异。

问:什么是配子?
答:配子是称为性细胞或单倍体细胞的特殊细胞,其染色体数目只有正常体细胞(称为体细胞)的一半。

问:什么是体细胞数?
答:一个物种的体细胞中染色体的基本数目被称为体细胞数,并被标为2n。在人类中2n=46,意味着我们有46条染色体。

问:性细胞有多少条染色体?
答:性细胞有n条染色体,对人类来说等于23条。因此,在正常的二倍体生物中,每条染色体都有两个副本--来自父母各一条(23x2=46)。这一规则的唯一例外是性染色体;在哺乳动物中,雌性有两条X染色体,而雄性有一条X和一条Y染色体。

问:减数分裂是否发生在古菌或细菌中?
答:不,减数分裂不发生在古细菌或细菌中;相反,它们通过简单的细胞分裂进行繁殖。

问:在单细胞生物中是否存在有性繁殖?
答:是的,单细胞生物中可以发现有性繁殖,因为它们也是通过减数分裂来进行有性繁殖的。

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