Meiose
Meiose is een speciale vorm van celdeling. In tegenstelling tot mitose, de manier waarop normale lichaamscellen zich delen, resulteert meiose in cellen die slechts de helft van het gebruikelijke aantal chromosomen hebben, één van elk paar. Om die reden wordt meiose vaak reductiedeling genoemd. Op de lange termijn verhoogt meiose de genetische variatie, op een manier die later zal worden uitgelegd.
Seksuele voortplanting vindt plaats wanneer een zaadcel een eicel bevrucht. De eicellen en het sperma zijn speciale cellen die gameten worden genoemd, oftewel geslachtscellen. Gameten zijn haploïden; ze hebben slechts de helft van het aantal chromosomen als een normale lichaamscel (een somatische cel genoemd). Door bevruchting worden de chromosomen in de lichaamscellen hersteld tot het diploïde aantal.
Het basisaantal chromosomen in de lichaamscellen van een soort wordt het somatische getal genoemd en wordt aangeduid met 2n. Bij de mens 2n = 46: we hebben 46 chromosomen. In de geslachtscellen is het chromosoomnummer n (mens: n = 23). In normale diploïde organismen zijn de chromosomen dus in twee exemplaren aanwezig, één van elke ouder (23x2=46). De enige uitzondering zijn de geslachtschromosomen. Bij zoogdieren heeft het vrouwtje twee X-chromosomen, en het mannetje één X- en één Y-chromosoom.
Een karyotype is het karakteristieke chromosoomnummer van een eukaryote soort. De voorbereiding en studie van karyotypes maakt deel uit van de cytogenetica, de genetica van cellen.
Alle eukaryoten die zich voortplanten gebruiken meiose. Dit omvat ook veel eencellige organismen. Meiose komt niet voor in archaea of bacteriën, die zich voortplanten door aseksuele processen zoals binaire splijting.
Kruising vindt plaats tussen de chromatiden van homologe chromosomen
Meiose als onderdeel van de seksuele voortplanting
Het belang van bemesting
Het nageslacht krijgt van elke ouder een set chromosomen, zodat de helft van zijn erfelijkheid van elke ouder komt. Maar de twee sets chromosomen zijn niet identiek aan de chromosomen van de ouders. Dit komt omdat ze tijdens de reductiedeling worden veranderd door een proces dat crossing-over wordt genoemd.
De betekenis van meiose
Dit is tweeledig:
1. 1. Ten eerste, om de chromosomen in elke eicel of zaadcel terug te brengen tot één set.
De twee chromosomen in een paar zijn niet identiek omdat er op een bepaalde plaats op de chromosomen verschillende allelen (vormen van het gen) op de twee chromosomen kunnen zitten. Denk aan elk paar chromosomen, een set van elke ouder. Van elk paar gaat er maar één in elke gamete. Dus, in de eerste plaats verschillen de gameten door elk paar dat de gamete het chromosoom van de vader of de moeder kan hebben. Dit wordt 'onafhankelijk assortiment' genoemd.
2. 2. Om de overgang tussen elk paar chromosomen van de ouders mogelijk te maken. 3. Crossing-over verandert welke allelen op een bepaald chromosoom zitten.
Dus, hoewel beschreven als 'moeder's' en 'vader's' chromosomen, zijn in de praktijk de gametenchromosomen niet allemaal hetzelfde als de chromosomen van de ouders. Dit komt omdat er tijdens het proces van meiose stukjes chromosomen zijn uitgewisseld.
Hoewel de gameten slechts één set chromosomen hebben, is die set een geschud mengsel van genetisch materiaal van beide ouders. Elke eicel of zaadcel kan een andere selectie van allelen hebben dan de ouderlijke chromosomen.
Net als bij het schudden van een kaartspel, kunnen veel verschillende combinaties van genen worden geproduceerd zonder een verandering (mutatie) in een individueel gen. Er treden echter wel mutaties op, en ze kunnen allelen toevoegen die voorheen niet in de populatie zaten. In ieder geval verhoogt het schudden de variëteit van het nageslacht en geeft het ras in ieder geval een deel van het nageslacht een betere kans om te overleven in moeilijke tijden. Het schudden van allelen dat in meiose plaatsvindt, kan de reden zijn dat er überhaupt sprake is van seksuele voortplanting.
"Het is niet moeilijk om redenen te bedenken waarom seksuele populaties op lange termijn voordelen zouden moeten hebben ten opzichte van aseksuele populaties. Ze kunnen sneller evolueren om tegemoet te komen aan de veranderende omstandigheden..."
Bijzondere gevallen
Cyclische parthenogenese
Verschillende vrij grote taxa (groepen organismen) maken gebruik van cyclische parthenogenese. Dit is wanneer verschillende generaties worden geboren door maagdelijke geboorte, en er dan een generatie ontstaat met normale seksuele voortplanting. Voorbeelden hiervan zijn bladluizen en cladocerans (kleine schaaldieren die watervlooien worden genoemd). Bladluizen werken meestal als volgt: als het weer goed is, en hun plantenhoeders op hun best zijn, gebruiken ze parthenogenese. Aan het einde van het seizoen, als het weer slechter wordt, gebruiken ze seksuele voortplanting. Dit voortplantingssysteem wordt apogamie genoemd.
Bij parthenogenese bevatten de eitjes alleen het genetisch materiaal van de moeder en worden ze niet bevrucht. De eicellen kunnen zowel door meiose als door mitose worden geproduceerd. Bij meiose produceert de kruising een genetische vingerafdruk die enigszins afwijkt van die van de moeder. De parthenogenetische groenvlieg nakomelingen zijn dus niet identiek, en vertonen wel enige genetische variatie: sommige chromosoomsegmenten verschillen door meiose. Mitose zou identieke nakomelingen voortbrengen.
Onder deze parthenogenetische taxa bevinden zich een aantal soorten die het geslacht volledig hebben opgegeven.
Verlies van seksualiteit
Een paar eukaryote organismen hebben het vermogen tot seksuele voortplanting volledig verloren, en hebben dus geen meiose. Dit zijn onder andere de Bdelloïderotiferen, die zich alleen nog maar voortplanten door parthenogenese.
Details van meiose
Meiose kan worden onderverdeeld in meiose I en meiose II.
Meiose I
De functie van de eerste divisie is om de oversteek mogelijk te maken. Net als mitose omvat meiose profase, metafase, anafase en telofase.
Profase I
De chromosomen worden zichtbaar, het omhulsel van de kern verdwijnt en de centriolen (aan de boven- en onderkant van de kern) beginnen spilvezels te vormen die de chromosomen omhullen.
In dit stadium wordt elk chromosoom gesplitst in twee zusterchromatiden, die door de centromeren bij elkaar worden gehouden. De gepaarde chromosomen hebben nu vier chromatiden (2 sets 'zusters') op elkaar geperst. De kruising vindt plaats tussen twee van de niet-zusterchromatiden; de andere twee blijven ongekruist. De cross-over resulteert in de uitwisseling van segmenten van elk van de deelnemende chromatiden, DNA en het bijbehorende chromatine-eiwit. Genetisch gezien wordt dit proces recombinatie genoemd.
Metafase I
De chromosomen staan op een lijn langs de evenaar (de centrale lijn) van de spindelvezels in homologe paren.
Anafase I
De chromosomen worden zo verdeeld dat er aan beide zijden van de cel gelijke hoeveelheden zijn. Aangezien er 46 chromosomen in een menselijke cel zijn, eindigen er 23 aan beide zijden.
(Cytokinese, de deling van cellen in twee, vindt plaats. De cel verdeelt zich.)
Telefase I
De twee dochtercellen zijn volledig gesplitst, er vormt zich een nucleair omhulsel en de chromosomen worden minder zichtbaar. Er zitten 23 chromosomen in elk van deze cellen.
Meiose II
De twee cellen bereiden zich voor om zich weer te delen in een fase die bekend staat als interkinesis of interfase II. Beide cellen gaan door de meiose II.
Profase II
De chromosomen worden zichtbaar, het nucleaire omhulsel verdwijnt en de centriolen vormen de spilvezels.
Metafase II
De chromosomen staan op een lijn langs de middelste lijn op de spindelvezels.
Anafase II
De chromosomen worden gesplitst in de twee chromatiden. Chromatiden zijn de twee strengen DNA (desoxyribo-nucleïnezuur) die samen het chromosoom vormen. Ze worden verbonden door een middenwegverbinding die een centromeer wordt genoemd.
(Cytokinese vindt plaats. De cel verdeelt zich.)
Telefase II
De cellen zijn volledig verdeeld. De nucleïneïnehervormingen en vier nieuwe cellen met verschillend DNA worden gecreëerd.
Bij de mannetjes worden alle vier de cellen sperma. Bij de vrouwtjes wordt er slechts één een rijpe eicel, terwijl de overige drie weer in het lichaam worden opgenomen.
Gebeurtenissen met meiose, waarbij een chromosomale cross-over wordt getoond
Problemen
Bij de mens zijn er bepaalde aandoeningen die worden veroorzaakt door meiose die verkeerd is gegaan. Voorbeelden hiervan zijn:
- Syndroom van Down - trisomie van chromosoom 21
- Patausyndroom - trisomie van chromosoom 13
- Edwards-syndroom - trisomie van chromosoom 18
- Klinefeltersyndroom - extra X-chromosomen bij mannen - d.w.z. XXY, XXXY, XXXXY
- Turner syndroom - ontbreken van een X-chromosoom bij vrouwen - d.w.z. XO
- Triple X syndroom - een extra X-chromosoom bij vrouwen
- XYY-syndroom - een extra Y-chromosoom bij mannen
Vragen en antwoorden
V: Wat is meiose?
A: Meiose is een soort celdeling die resulteert in cellen met de helft van het normale aantal chromosomen, één voor elk paar. Het wordt ook wel een reducerende deling genoemd.
V: Hoe verhoogt meiose de genetische variatie?
A: Meiose vergroot de genetische variatie door nieuwe combinaties van genen te creëren door cross-linking tijdens profase I en willekeurige segregatie tijdens anafase I. Hoe vergroot meiose de genetische variatie?
V: Wat zijn kiemcellen?
A: Gameten zijn speciale cellen, kiemcellen of haploïde cellen genoemd, die slechts half zoveel chromosomen hebben als een normale lichaamscel (somatische cel genoemd).
V: Wat is een somatisch celgetal?
Antwoord: Het basisaantal chromosomen in de lichaamscellen van een soort wordt het somatische aantal genoemd, en wordt aangeduid met 2n. Bij de mens is 2n = 46, dus we hebben 46 chromosomen.
V: Hoeveel chromosomen zijn er in geslachtscellen?
Antwoord: Er zijn n chromosomen in geslachtscellen, wat bij de mens 23 chromosomen zijn. In normale diploïde organismen zijn er dus twee kopieën van elk chromosoom - één van elke ouder (23x2=46). De enige uitzondering op deze regel zijn de geslachtschromosomen; bij zoogdieren hebben vrouwtjes twee X-chromosomen en mannetjes één X- en één Y-chromosoom.
V. Komt meiose voor bij archaea of bij bacteriën?
Antwoord: Nee, meiose komt niet voor bij archaea of bacteriën, zij planten zich voort door eenvoudige celdeling.
V: Bestaat er seksuele voortplanting bij eencelligen?
A Ja, seksuele voortplanting komt voor bij eencelligen, omdat zij ook meiose gebruiken om zich seksueel voort te planten.
