Деление клеток и его значение в жизни организма

Любой сложный организм состоит из множества крошечных структурных единиц, обладающих уникальными функциями. Деление позволяет увеличить их количество в несколько раз, обеспечивая тем самым рост организма и его подготовку к дальнейшему размножению. Эти процессы, называемые в биологии митоз и мейоз, проходят особые фазы и выполняют важную роль в жизни живых существ. Биологическое значение деления клеток неоценимо, ведь без него прекратится существование жизни на Земле. Рождение потомства, его развитие, взросление и подготовка к последующему размножению - за эти важные этапы отвечают митоз и мейоз. Деление позволяет восстанавливать поврежденные ткани и органы, лечить механические повреждения покровов и производить замену уже отмершим клеткам.
Важно! Процессы митоза и мейоза происходят только в клетках эукариотов, то есть более сложных организмов, чьи клетки содержат ядро, а также мембранные органеллы. К таким живым существам относятся растения, простейшие и животные.
Все остальные организмы, или прокариоты, такие как бактерии и сине-зеленые водоросли, размножаются путем более простого деления клетки надвое, а также почкованием. Половые клетки и клетки тела не только выполняют различные функции, но и делятся по-разному:
  • Митоз происходит в клетках, отвечающих за рост и восстановление тканей.
  • Половые клетки, отвечающие за дальнейшую передачу генетического материала и размножение организмов, делятся мейозом.
Рис. 1. Фазы митоза
Рис. 1. Фазы митоза

Интерфаза, или подготовка к делению

Интерфаза наблюдается как в половых клетках, так и в клетках тела. В этом состоянии клетки находятся в периоде между делениями или на последней стадии своей жизни, когда все процессы завершены и идет подготовка к естественному отмиранию. Несмотря на то, что эту фазу называют состоянием покоя, крошечная структура выполняет важную деятельность, требующую высоких энергетических затрат. Для понятия важности интерфазы стоит указать, что она занимает до 90% времени всего клеточного цикла. Несмотря на отличия в процессах митоза и мейоза, интерфаза выполняет очень схожие роли для организма в целом.
Важно! Клетки тела также называют соматическими, а половые клетки - генеративными. И те, и другие большую часть своей жизни находятся в состоянии интерфазы.
В состоянии покоя происходит выработка ферментов и биосинтез белка, удваиваются важнейшие структуры, например, ДНК. Клетка растет, накапливает энергию, увеличивается в размерах и готовится к последующему разделению. Интерфаза происходит в несколько этапов, по завершению которых начинается митоз или мейоз.

Фазы митоза

В результате митоза из материнской соматической клетки образуются две дочерние, которые как две капли воды похожи не только между собой, но и являются копией родителя. Он проходит в различных тканях, например, мышечной, нервной, костной. Митоз состоит из четырех фаз:
  • Профазы.
  • Метафазы.
  • Анафазы.
  • Телофазы.
Каждая имеет свои особенности и поэтапные циклы, по завершению которых получаются две новые структурные единицы с сохраненным количеством хромосом. Фазы отличаются друг от друга по скорости протекания процессов.
Важно! Самой продолжительной является профаза, во время которой клетка активно запускает начало деления и подготавливает все компоненты к последующему удвоению.
Во время митоза сначала утолщаются стенки хромосом, а между центриолями образовывается веретено деления, которое будет связывать части будущих клеток. Исчезают ядрышки и ядерная мембрана. Затем хромосомы укорачиваются и постепенно расходятся к разным полюсам клетки. Делится цитоплазма, хромосомы децентрализуются, образовывая ядрышки. Ядерная оболочка утолщается, разрывается нить веретена, хромосомы окончательно деспирализуются и отделяются друг от друга. В итоге получаются две новые клетки с одинаковыми характеристиками.
Таким образом, митоз позволяет организму увеличивать количество строительного материала своих тканей, сохраняя их характеристики и функции. По завершению митоза клетки снова накапливают энергию для выполнения своих обязанностей и готовятся к последующему делению.
Рис. 2. Фазы мейоза
Рис. 2. Фазы мейоза

Мейоз и его роль в процессе размножения

Этот способ деления образует уже не две, а четыре клетки, при этом в каждой вдвое уменьшается количество хромосом, но сохраняется генетическая информация. Такой набор хромосом еще называют гаплоидным.
Важно! Мейоз отличается и тем, что процесс деления происходит в два этапа, при этом каждый состоит из четырех фаз. Эти фазы называют так же, как при митозе, только, в зависимости от этапа, название фазы получает вдобавок цифру 1 или 2. Например, анафаза 1 и анафаза 2 - разные фазы, одна из которых проходит при первом этапе деления, а другая - при втором.
Перед началом мейоза половые клетки удваивают свой исходный материал. Далее начинается профаза 1, или первая фаза первого этапа, которая занимает больше всего времени и является самым сложным периодом во время всего мейоза. Первый этап имеет много сходств с митозом - хромосомы также укорачиваются, затем расходятся к полюсам с образованием новой ядерной оболочки, но с сохранением веретена деления. Иногда после этих процессов наступает очень короткий период интерфазы, но без удвоения количества ДНК. Далее начинается второй этап. Разделяется клеточный центр, ядерная оболочка снова разрушается, а перпендикулярно сохранившемуся веретену деления образуется еще одно. Хромосомы снова делятся и расходятся к полюсам, и в результате получаются четыре новых структурных единицы. Процесс мейоза настолько сложен и интересен, что для более подробного описания может понадобится еще одна статья. Если подытожить кратко, то во время мейоза образуются четыре клетки, но у каждой вдвое уменьшено количество хромосом. Получившиеся клетки готовы к оплодотворению, в результате которого при слиянии материнского и отцовского генетического материала восстанавливается диплоидность, то есть новая клетка будущего организма снова получает удвоенное количество хромосом.
Важно! Роль мейоза в размножении видов большая. Он не только позволяет передавать потомству информацию, но и при комбинации различных гамет повышает богатство генетического кода живых существ. А без уменьшения количества хромосом их количество неуклонно бы росло при последующем размножении, повышая риск мутаций и непредсказуемых патологий.
Рис. 3. Амитоз или прямое деление
Рис. 3. Амитоз или прямое деление

Амитоз

Говоря о делении клеток, стоит упомянуть об еще об одном довольно редком процессе. Для амитоза характерно разделение только ядра без удваивания генетического материала и образования связывающего хромосомы веретена. По завершению амитоза получается многоядерная клетка с неравномерно распределенным генетическим материалом. Амитоз до сих пор не изучен досконально. Он может наблюдаться как при стремительном восстановлении поврежденных и стареющих тканей, так и при развитии опухолей. Иногда так могут делиться большие ядра инфузорий и плацента млекопитающих.
Важно! Клетка, образовавшаяся в процессе амитоза, становится не способной к дальнейшему митозу.
Причиной, почему обычная здоровая клетка начинает делиться амитозом, может стать сбой на этапе интерфазы. Во время периода спокойствия клетка должна подготовиться к правильному делению и вырасти до необходимого размера. Если она растет слишком быстро, или процессы подготовки к делению протекают неправильно, клетка стремительно делится амитозом. Этот процесс со временем может превратиться в злокачественную опухоль. Митоз и мейоз различны по своим циклам и результатам, однако их объединяет схожее влияние на организм - помощь его клеткам производить свои маленькие копии. Без этих процессов прекратится сложная и разнообразная жизнь на Земле. Узнайте еще больше интересных фактов о митозе и мейозе из предложенного ниже видео.