Meiose – hvad er reduktionsdeling? Forklaring af dannelse af kønsceller
Meiose – forstå reduktionsdeling og dannelse af kønsceller: enkel forklaring af haploide gameter, kromosomantal (2n→n), genetisk variation og betydning for seksuel formering.
Meiose er en særlig form for celledeling. I modsætning til mitose, som er den måde, normale kropsceller deler sig på, resulterer meiose i celler, der kun har halvdelen af det sædvanlige antal kromosomer, én fra hvert par. Af den grund kaldes meiose ofte for reduktionsdeling. På længere sigt øger meiose den genetiske variation på måder, som beskrives nedenfor.
Hvad er formålet med meiose?
Seksuel formering kræver, at to haploide kønsceller smelter sammen: en sædcelle og et æg. Disse kønsceller (gameter) er haploide og har kun halvt så mange kromosomer som en normal kropscelle (en somatisk celle). Ved befrugtning smelter to gameter sammen og genopretter det diploide kromosomtal, så det nye individ får kromosomer fra begge forældre. Dermed sikrer meiose både reduktion af kromosomtal før befrugtning og genetisk variation mellem afkom.
Kromosomtallet og karyotyper
Det grundlæggende antal kromosomer i kropscellerne hos en art kaldes det somatiske antal og betegnes 2n. Hos mennesker er 2n = 46; vi har 46 kromosomer i vores somatiske celler. I kønscellerne er kromosomantallet n (mennesker: n = 23). I normale diploide organismer findes kromosomer altså i to kopier — én kopi fra hver forælder — bortset fra kønskromosomerne, hvor fordelingen kan variere. Hos pattedyr har hunnen typisk to X-kromosomer, og hannen ét X- og ét Y-kromosom.
En karyotype er det karakteristiske kromosomnummer og kromosomudseende for en eukaryote art. Udarbejdelse og undersøgelse af karyotyper er en del af cytogenetikken, som bruges både klinisk (fx ved mistanke om kromosomafvigelser) og i forskning.
Hvordan foregår meiose? (overblik over faserne)
Meiose består af to på hinanden følgende delinger, kaldet meiose I og meiose II. Begge gennemløber faserne profase, metafase, anafase og telofase, men med forskellige vigtige begivenheder:
- Meiose I (reducerende deling): Homologe kromosomer (de to kopier af samme kromosom — én fra hver forælder) parrer sig og kan udveksle genetisk materiale gennem overkrydsning (crossing-over). Under anafase I trækkes de homologe kromosomer fra hinanden, så hver dattercelle modtager én homolog fra hvert par — dette reducerer kromosomtallet fra 2n til n.
- Meiose II (lignende mitose): Søsterkromatiderne i hver haploid celle adskilles og fordeles til fire totale datterceller. Resultatet er typisk fire haploide gameter (hos mange organismer) med genetisk forskellig sammensætning.
Genetisk variation ved meiose
To mekanismer i meiose skaber genetisk variation:
- Overkrydsning (crossing-over) mellem homologe kromosomer i profase I fører til rekombination af gener og nye kombinationer af alleler.
- Uafhængig sortering af kromosomer ved metafase I — hvilke homologe kromosomer der ender i samme gamet er i det store og hele tilfældigt — hvilket giver mange mulige kromosomkombinationer.
Disse processer betyder, at hver gamet er genetisk unik, hvilket er en central fordel ved seksuel formering i forhold til aseksuel formering.
Forskelle i dannelse af spermier og ægceller
Selvom mekanismerne i meiose er ensartede, er udfaldet i tid og antal forskelligt:
- Spermatogenese: I manden giver meiose normalt fire funktionelle sædceller fra hver tilbagesættende stamcelle, og processen foregår kontinuerligt fra puberteten.
- Oogenese: Hos kvinder fører meiose ofte til ét funktionelt æg og flere mindre pollegemer, fordi cytoplasmaet fordeles asymmetrisk. Hos mennesker starter meiose i fosterstadiet, stoppes i flere år (eller årtier) indtil ægløsning, og afsluttes først efter befrugtning.
Konsekvenser af fejl i meiose
Fejl i adskillelsen af kromosomer (nondisjunction) kan føre til aneuploidi — for mange eller for få kromosomer — som kan give alvorlige følger for afkommet (fx trisomi 21, kendt som Downs syndrom). Derfor er korrekt regulering af meiose vigtig for reproduktiv sundhed.
Hvor forekommer meiose?
Alle eukaryoter, der formerer sig seksuelt, anvender meiose. Dette omfatter dyr, planter, svampe og mange encellede eukaryoter. Meiose forekommer ikke hos archaea og bakterier, som primært formerer sig ved aseksuelle processer som f.eks. binær fission.
Opsummering
Meiose er en specialiseret celledeling, der skaber haploide kønsceller og øger genetisk variation gennem overkrydsning og uafhængig sortering af kromosomer. Den er afgørende for seksuel formering og for bevaring af arters kromosomtalg over generationer, men fejl i processen kan føre til kromosomfejl med kliniske konsekvenser.
Krydsning finder sted mellem kromatiderne i homologe kromosomer
Meiose som en del af den seksuelle formering
Betydningen af befrugtning
Afkommet får et sæt kromosomer fra hver af forældrene, så halvdelen af dets arvelighed kommer fra hver af forældrene. Men de to sæt kromosomer er ikke identiske med forældrenes kromosomer. Det skyldes, at de ændres under reduktionsdelingen ved en proces, der kaldes crossing-over.
Betydningen af meiose
Det er to ting:
1. For det første at reducere kromosomerne i hvert æg eller hver sædcelle til kun ét sæt kromosomer.
De to kromosomer i et par er ikke identiske, fordi der kan være forskellige alleler (former af genet) på de to kromosomer på et bestemt locus på kromosomerne. Tænk på hvert kromosompar, et sæt kromosomer fra hver forælder. Fra hvert par går der kun ét ind i hver gamet. Så i første omgang er gameterne forskellige, fordi gameten af hvert par kan have faderens kromosom eller moderens kromosom. Dette kaldes "uafhængig assortering".
2. For at muliggøre crossing-over mellem hvert par af forældrekromosomer. Crossing-over ændrer, hvilke alleler der sidder på et bestemt kromosom.
Så selv om de beskrives som "moderens" og "faderens" kromosomer, er gametkromosomerne i praksis ikke alle sammen de samme som forældrenes kromosomer. Det skyldes, at dele af kromosomerne er blevet udvekslet under meiosen.
Selv om kønscellerne kun har ét sæt kromosomer, er dette sæt en blandet blanding af genetisk materiale fra begge forældre. Hvert enkelt æg eller hver enkelt sædcelle kan have et forskelligt udvalg af alleler fra forældrenes kromosomer.
Ligesom når man blander et sæt kort, kan der dannes mange forskellige kombinationer af gener, uden at der sker en ændring (mutation) i et enkelt gen. Der forekommer dog mutationer, og de kan tilføje alleler, som ikke fandtes i populationen før. Under alle omstændigheder øger blandingen variationerne i afkommet, og variationen giver i det mindste nogle af afkommet en bedre chance for at overleve i vanskelige tider. Den blanding af alleler, der finder sted i meiosen, er måske grunden til, at seksuel reproduktion overhovedet eksisterer.
"Det er ikke svært at finde grunde til, at seksuelle befolkninger skulle have langsigtede fordele i forhold til aseksuelle befolkninger. De kan udvikle sig hurtigere for at imødekomme skiftende omstændigheder ..."
Særlige tilfælde
Cyklisk parthenogenese
Flere ret store taxa (grupper af organismer) anvender cyklisk parthenogenese. Dette er, når flere generationer fødes ved jomfrufødsel, og der derefter opstår en generation med normal seksuel reproduktion. Eksempler herpå er bladlus og cladoceraner (små krebsdyr kaldet vandlopper). Bladlus fungerer normalt på følgende måde: Når vejret er godt, og deres planteværter er bedst, anvender de parthenogenese. I slutningen af sæsonen, når vejret bliver dårligere, anvender de seksuel formering. Dette formeringssystem kaldes apogami.
Ved parthenogenese indeholder æggene kun moderens genetiske materiale, og de bliver ikke befrugtet. Ægcellerne kan produceres enten ved meiose eller mitose. Ved meiose opstår der ved crossing-over et genetisk fingeraftryk, som adskiller sig noget fra moderens. Så de parthenogenetiske grønsiskenavne er ikke identiske og viser en vis genetisk variation: nogle kromosomsegmenter er forskellige på grund af meiosen. Mitose ville give identisk afkom.
Blandt disse parthenogenetiske taxa er der en række arter, som helt har opgivet at have køn.
Tab af seksualitet
Nogle få eukaryote organismer har helt mistet evnen til seksuel reproduktion og har derfor ikke meiose. Det gælder bl.a. de Bdelloiderotifere, som kun formerer sig ved parthenogenese.
Nærmere oplysninger om meiose
Meiose kan opdeles i meiose I og meiose II.
Meiose I
Den første deling har til formål at muliggøre overkørsel. Ligesom mitose omfatter meiose profasen, metafasen, anafasen og telofasen.
Profase I
Kromosomerne bliver synlige, kernehyllen forsvinder, og centriolerne (øverst og nederst i kernen) begynder at danne spindelfibre, der omslutter kromosomerne.
På dette tidspunkt deles hvert kromosom i to søsterkromatider, som holdes sammen af centromererne. De parrede kromosomer har nu fire kromatider (2 sæt "søstre"), der er presset sammen. Krydsning finder sted mellem to af de kromatider, der ikke er søster-kromatider; de to andre forbliver ukrydsede. Krydsningen resulterer i en udveksling af segmenter af hver af de deltagende kromatider, DNA og det tilhørende kromatinprotein. Genetisk set kaldes processen for rekombination.
Metafase I
Kromosomerne er placeret langs spindelfibrernes ækvatoriale (den centrale linje) i homologe par langs spindelfibrene.
Anafase I
Kromosomerne er delt, så der er lige mange på hver side af cellen. Da der er 46 kromosomer i en menneskecelle, ender 23 kromosomer på hver side.
(Cytokinesis, delingen af cellerne i to, finder sted. Cellen deler sig.)
Telofase I
De to datterceller er fuldstændig opdelt, der dannes en kernehinde, og kromosomerne bliver mindre synlige. Der er 23 kromosomer i hver af disse celler.
Meiose II
De to celler forbereder sig på at dele sig igen i en fase, der kaldes interkinesis eller interfase II. Begge disse celler vil gennemgå meiose II.
Profase II
Kromosomerne bliver synlige, kernehyllen forsvinder, og centriolerne danner spindelfibrene.
Metafase II
Kromosomerne er opstillet langs midterlinjen på spindelfibrene
Anafase II
Kromosomerne bliver delt op i to kromatider. Kromatider er de to DNA-strenge (desoxyribo-nukleinsyre), som udgør kromosomet. De er forbundet af en midterforbindelse kaldet centromer.
(Cytokinesis finder sted. Cellen deler sig.)
Telofase II
Cellerne er fuldstændig opdelt. Nukleinhulen reformeres, og der dannes fire nye celler med forskelligt DNA.
Hos hanner bliver alle fire celler til sædceller. Hos kvinder bliver kun én celle til et modent æg, mens de resterende tre bliver optaget i kroppen igen.
Begivenheder, der involverer meiose, og som viser kromosomale krydsninger
Problemer
Hos mennesker er der visse tilstande, der skyldes en meiose, der er gået galt. Eksempler herpå er:
- Downs syndrom - trisomi af kromosom 21
- Patau syndrom - trisomi af kromosom 13
- Edwards syndrom - trisomi af kromosom 18
- Klinefelters syndrom - ekstra X-kromosomer hos mænd - dvs. XXY, XXXY, XXXXY
- Turners syndrom - mangler et X-kromosom hos kvinder - dvs. XO
- Triple X-syndrom - et ekstra X-kromosom hos kvinder
- XYYY-syndrom - et ekstra Y-kromosom hos mænd
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er meiose?
Svar: Meiose er en særlig form for celledeling, der resulterer i celler med halvdelen af det sædvanlige antal kromosomer, ét fra hvert par. Den er også kendt som reduktionsdeling.
Spørgsmål: Hvordan øger meiose den genetiske variation?
Svar: Meiose øger den genetiske variation ved at skabe nye kombinationer af gener gennem processen med crossing over i profasen I og tilfældig adskillelse i anafase I.
Spørgsmål: Hvad er kønsceller?
Svar: Gametes er særlige celler kaldet kønsceller eller haploide celler, som kun har halvdelen af antallet af kromosomer som en normal kropscelle (kaldet en somatisk celle).
Spørgsmål: Hvad er det somatiske antal?
Svar: Det grundlæggende antal kromosomer i en arts kropsceller kaldes det somatiske antal og betegnes 2n. Hos mennesker er 2n = 46, hvilket betyder, at vi har 46 kromosomer.
Spørgsmål: Hvor mange kromosomer har kønsceller?
Svar: Kønsceller har n kromosomer, hvilket for mennesker er lig med 23 kromosomer. I normale diploide organismer er der altså to kopier af hvert kromosom - en fra hver forælder (23x2=46). Den eneste undtagelse fra denne regel er kønskromosomer; hos pattedyr har hunnerne to X-kromosomer, mens hannerne har et X- og et Y-kromosom.
Spørgsmål: Forekommer meiose i arkæer eller bakterier?
Svar: Nej, der forekommer ikke meiose i arkæer eller bakterier; i stedet formerer de sig ved simpel celledeling.
Spørgsmål: Findes seksuel reproduktion blandt encellede organismer?
Svar: Ja, seksuel reproduktion kan findes blandt encellede organismer, da de også bruger meiose til at reproducere sig seksuelt.
Søge