Biologi

Ordet meios kommer ursprungligen från det grekiska språket. Det betyder minska; detta avser minskningen av antalet kromosomer i cellen. Meios är processen för kromosomreduktion i eukaryota celler (växter, djur och svampar), som leder till produktion av könsceller (gameter/könsceller) som behövs för sexuell reproduktion. I meiosen reduceras en dubbel uppsättning kromosomer (diploid) till en enda uppsättning kromosomer (haploid) för att producera könsceller eller sporer. När dessa kombineras vid sexuell reproduktion är den resulterande zygoten en diploid. På så sätt bevaras artens kromosomantal genom sexuell reproduktion.

Varför?

Det handlar om kromosomantal. Om en människa, med n = 46 kromosomer eller två par med n = 23 kromosomer, skulle reproducera sig utan kromosomreduktion skulle både äggcellen och spermiecellen ha n = 46 kromosomer. När de smälter samman till en könscell skulle zygoten (embryot) ha n = 92 kromosomer, dvs. dubbelt så många som nödvändigt! Detta skulle leda till genetiska avvikelser hos barnet. Tänk om detta barn skulle reproducera sig med ett annat barn med n = 92 kromosomer: deras barn skulle ha 184 kromosomer! Detta antal skulle vara ständigt ökande. En kromosomreduktion är alltså nödvändig för varje arts fortsatta existens.

För att meiosen ska börja genomgår kromosomerna i cellkärnan en replikering. Detta beror på att meiosen producerar fyra dotterceller med hälften av kromosomerna i modercellen; eller fyra haploida celler från en enda diploid cell. Kom ihåg att haploid och diploid avser antalet kromosomer i cellen: haploida celler innehåller en uppsättning kromosomer (n) medan diploida celler innehåller två fullständiga uppsättningar kromosomer (2n). Som du kan se går matematiken inte riktigt ihop: föräldracellen måste först omvandlas till en 4n-cell (tetraploid) innan delningen börjar. Så en cell med n = 46 kromosomer kommer att omvandlas till en cell med n = 92 kromosomer, som efter meiosen kommer att ge fyra celler med n = 23 kromosomer.

Meiosen börjar ungefär på samma sätt som mitosen. Efter kromosomreplikationen separeras alla kromosomer till systerkromatider (de identiska två halvorna av en kromosom). Här tar dock likheterna slut. I meiosen sker ytterligare en process: rekombination eller korsning. Vid rekombination ställer kromosomparen sig på rad och rekombinerar, så att varje kromosom har en bit av en annan kromosom. På detta sätt säkerställs den genetiska mångfalden.

Sålunda använder meiosen rekombination för att producera fyra haploida dotterceller som inte är identiska med sin diploida föräldracell eller med varandra.

Meiosens faser

Meiosen är uppdelad i två delar, eller divisioner, som var och en består av flera faser. Dessa är profas I, metafas I, anafas I och telofas I i meios I, och profas II, metafas II, anafas II och telofas II i meios II. Du behöver lite terminologi för att förstå dessa faser:

• Bivalent – ett par homologa kromosomer som hålls ihop av en chiasma.
• Chiasma – övergångsstället när kromosomer utbyter genetiskt material.
• Centromer – kromosomens förträngningspunkt.
• Dyad – hälften av en tetrad; den ena halvan av ett synapserat par homologa kromosomer.
• Homologe kromosomer – det kromosompar som bildas av en ursprunglig kromosom och dess duplikation. Dessa kromosomer är inte identiska.
• Metafasplatta – cellens mittlinje.
• Monad – efter separation bildar varje kromosom i en tetrad en monad. En dyad utan synaps till sin homologa kromosom.
• Kärnhölje – det dubbla membran som omsluter kärnan.
• Nukleolus – centrum för produktion av rRNA i kärnan.
• Systerkromatider – de två identiska kromatider som bildar en kromosom.
• Spindelfibrer – ett knippe av mikrotubuli som löper från cellens ena pol till den andra, och som kromosomerna rör sig längs.
• Synaps/synapsis – den process genom vilken två homologa kromosomer kommer i fysisk kontakt med varandra.
• Tetrad – ett par homologa kromosomer som hålls samman av en chiasma.

Meotis I

Här är en helhetsbild av meios I (figur 1), vi kommer att gå igenom varje fas i detalj. Du bör kunna förstå betydelsen av varje fas och anledningen till varje steg. När du har förstått detta kommer du att vara förberedd för att svara på examinationsfrågor om meios I.

Bildkälla: Wikimedia Commons

Figur 1: De fyra stegen i meios I med profassteget uppdelat i fyra delfaser

1. Profas I

Profas I kännetecknas av tre huvudsakliga händelser: kondensering av kromatin till synliga kromosomer, synapsis av kromosomer i varje homologt par och korsning av genetiskt material mellan dessa synapsade kromosomer. Profas I delas vidare in i fem separata faser: leptonema, zygonema, pachynema, diplonema och diakinesis (figur 2).

Bilduppgift: Wikimedia Commons

Figur 2: De olika stadierna i profasen av meiosis I

Leptonema

Denna fas, som också kallas leptotenstadiet, kännetecknas av kondensering av kromatin för att bilda synliga kromosomer. Homologisökningen börjar.

Zygonema

Denna fas är också känd som zygotenstadiet. Homologisökningen fortsätter, med homologa kromosomer som anpassar sig till grova parningar och bildar bivalenta kromosomer. Det synaptonemala komplexet börjar bildas.

Pachynema

Också känt som pachytene-stadiet omfattar denna fas ytterligare utveckling av det synaptonemala komplexet mellan homologa par av bivalenter, vilket leder till synapsis. I denna fas är det tydligt att varje bivalent innehåller två par systerkromatider. Systerkromatiderna i det ena paret är icke-systerkromatider till systerkromatiderna i det andra paret. Tillsammans kallas de fyra kromatiderna för en tetrad. Korsning över eller rekombination av genetiskt material mellan paren av nonsisterkromatider sker.

Diplonema

Denna fas är också känd som diplotenstadiet. Paren av systerkromatider börjar separeras. De osystriga kromatiderna förblir i kontakt vid punkter som kallas chiasmata (singular chiasma), där det genetiska utbytet har skett under crossing over.

Diakinesis

Kromosomerna separeras ytterligare men är fortfarande fästade genom chiasmata av de osystriga kromatiderna. Separationen leder till att chiasmata rör sig mot kromatidernas ändar, en process som kallas terminalisering. Kärnhöljet och nukleolus försämras och varje kromosoms centromerer fäster vid spindelfibrerna, innan de ställer upp sig på metafasplattan. Kromosomerna ligger fortfarande i par, som bildar tetrader.

2. Metafas I

Denna fas liknar mitosens metafas. The spindle fibers attached to the centromere of each tetrad align the chromosomes so that one half of each tetrad is oriented towards each pole.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 3: The alignment of tetrads during metaphase I of meiosis I

3. Anaphase I

At anaphase I, the chromosomes do not split into their sister chromatids, but each tetrad is split into its chromosome pairs (dyads). These are pulled to opposite poles in a process known as disjunction. Anaphase ends with the same number of dyads at each pole as the haploid number of the parent cell.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 4: The splitting of chromosome dyads during anaphase I

4. Telophase I

In some organisms, telophase I is entered and a nuclear membrane forms around the dyads at each pole, before a short interphase period is reached. In other organisms, telophase I is skipped, and meiosis II is entered.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 5: Formation of nuclear membrane isolating the two dyads

Meiosis II

Once again, we will explore the second meiosis phase much like the first one. Here is a full picture of meiosis II following telophase I:

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 6: The four stages of meiosis II, with four haploid cells at the end of this phase

1. Prophase II

Sister chromatids form dyads connected by a centromere. These are situated at the center of the cell. No condensation of chromatic material or dissolving of nuclear membranes need occur.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 7: The sister chromatids from the dyads are attached by a centromere during prophase II

2. Metaphase II

Spindle fibers attached to the centromere of each sister chromatid align the dyads at the metaphase plate, with one half of the dyad facing toward each pole.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 8: The metaphase plate forms separating each half of the dyad

3. Anaphase II

The spindle fibers attached to each sister chromatid shorten, and each is pulled to an opposing pole of the cell.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 9: Like in anaphase I, the sister chromatids are pulled towards opposite ends

4. Telophase II

The chromatids (monads) are situated at the poles of the cell. Cytokinesis occurs, wherein a nuclear membrane forms around each set of chromosomes, and the cell divides into two cells with a haploid number of chromosomes. Thus, four haploid gametes are formed, which can now recombine during sexual reproduction to form a zygote.

Image Source:

Figur 10: Fyra haploida dotterceller bildas under telofas II

Översikt över meiosen

Detaljerna i meiosen kan vara överväldigande; nedan kommer vi att belysa några viktiga punkter från meiosens båda faser. Under rekombinationen utbyter kromosomer från varje förälder spetsarna på sina homologa kromosomer. På så sätt har varje homologt kromosompar en liten bit av det andra. Den punkt där kromosomerna utbyter material kallas chiasma.

Bildkälla: Wikimedia Commons

Figur 11: Utbyte av genetiskt material under meiosen och de resulterande könscellerna

Varför är meiosen viktig när man studerar biologi?

Meiosen är viktig av tre huvudskäl: den möjliggör sexuell fortplantning av diploida organismer, den möjliggör genetisk mångfald och den underlättar reparation av genetiska defekter.

1. Tillåter sexuell reproduktion av diploida organismer

Som tidigare nämnts gör meiosen det möjligt att reducera en diploid cell till en haploid gamet, som sedan kan rekombinera med en annan haploid gamet för att skapa en diploid zygot.

2. Möjliggör genetisk mångfald

Den korsning eller rekombination av gener som sker i meiosen omorganiserar de alleler som finns i varje kromosom i ett homologt par, vilket gör det möjligt att blanda faderliga och moderliga gener, som båda kan komma till uttryck i den resulterande avkomman. Detta möjliggör genetisk mångfald i en population, vilket är en buffert mot genetiska defekter, befolkningens mottaglighet för sjukdomar och förändringar i miljön. Utan denna rekombination skulle populationernas genpool stagnera, och en enda händelse skulle kunna utplåna en hel population. Genetisk mångfald innebär att det kommer att finnas vissa individer inom en viss population som kommer att ha bättre förutsättningar att överleva en förlust av livsmiljö, en förändring av tillgången på föda, en förändring av vädermönster, sjukdomar eller andra katastrofala händelser, vilket säkerställer arternas kontinuitet.

3. Hjälper till att reparera genetiska defekter

Rekombinationen som sker i meiosen kan ytterligare hjälpa till med att reparera genetiska defekter i nästa generation. Om en genetisk defekt finns på en viss allel hos den ena föräldern kan rekombinationen ersätta denna allel med den friska allelen hos den andra föräldern, vilket möjliggör en frisk avkomma.

Hur skiljer sig meios från mitos?

Mitos är framställningen av två genetiskt identiska diploida dotterceller från en diploid föräldracell. Meios producerar fyra genetiskt olika haploida dotterceller från en enda diploid föräldracell. These germ cells can then combine in sexual reproduction to form a diploid zygote.

Meiosis only occurs in eukaryotic organisms which reproduce sexually, whereas mitosis occurs in all eukaryotic organisms, including those which reproduce asexually.

The table below summarizes the similarities and differences between meiosis and mitosis.

Meiosis	Mitosis
Similarities
Can only occur in eukaryotes
DNA replication occurs first
Production of daughter cells based on parent cell’s genetic material
Means of cell replication in plants, animals, and fungi
Differences
Starts as diploid; ends as haploid	Starts as diploid; ends as diploid
Chromosome number is reduced	Chromosome number is conserved
Chromosome pairs undergo synapsis	No synapsis occurs
Used for sexual reproduction	Used for growth/healing/asexual reproduction
2 nuclear divisions	1 nuclear division
8 phases	5 phases
Daughter cell not identical to parent cell	Daughter cell identical to parent cell
Results in 4 daughter cells	Results in 2 daughter cells
Produces germ cells	Produces somatic cells
Occurs only in sexual organisms	Occurs in asexual and sexual organisms

Wrapping Up Meiosis and Biology

We now know that meiosis is the process of chromosomal reduction which allows the production of haploid germ cells necessary for sexual reproduction. Meiosis is furthermore important for its role in enabling genetic diversity and facilitating the repair of genetic defects through recombination.

The benefits that meiotic reproduction gives over mitotic reproduction are that mitotic reproduction produces identical cells, conserving the chromosomal set and the genes within, whereas meiosis allows for the expression of new traits because of the process of crossing over. Utan meiosen, som upprätthåller den genetiska mångfalden inom populationer, skulle organismerna inte kunna anpassa sig till sin miljö, utvecklas eller överleva katastrofala händelser. En populations genetiska mångfald är dess mest tillförlitliga verktyg i kampen för artens överlevnad.

Vi ska omsätta allt i praktiken. Prova den här övningsfrågan om cellulär och molekylärbiologi:

Söker du fler övningsfrågor om cellulär och molekylärbiologi?

Kolla in våra andra artiklar om cellulär och molekylärbiologi.

Du kan också hitta tusentals övningsfrågor på Albert.io. Med Albert.io kan du anpassa din inlärningsupplevelse så att du kan träna där du behöver mest hjälp. Vi ger dig utmanande övningsfrågor för att hjälpa dig att uppnå en bra nivå i cellulär och molekylär biologi.

Börja öva här.

Är du lärare eller administratör som är intresserad av att öka resultaten för eleverna i cellulär och molekylär biologi?

Lär dig mer om våra skollicenser här.