Meióza

Rozmnožování! To je vždycky oblíbené téma. A klidně přiznám, že i mě osobně hodně zajímá. Nám nejznámějším typem rozmnožování je, samozřejmě, pohlavní rozmnožování. Spermie se spojí s vajíčkem a spojí své genetické informace, poté se oplozené vajíčko rozdvojí, tyto půlky se zase rozdělí, a tak pořád dál a dál, až nakonec vznikne živý tvor, tvořený z trilionů buněk, které dělají specializované úkoly. A jestli vás dost nezaujalo už to, že jsme všichni vznikli z jedné buňky, a poté se z nás stalo...tohle, pak už opravdu nevím, čím vás zaujmout. Ale odpovězte mi tohle. Když pohlavní rozmnožování začíná pohlavními buňkami - vajíčkem a spermií - odkud se tohle vajíčko a spermie vzali? Ou, kámo! Tak jak ty pohlavní buňky zařídí, že každá z nich má jen půlku genetické informace, se kterou skončí výsledný potomek? A vůbec, proč nejsou všechny pohlavní buňky stejné? Proč se já a můj bratr John lišíme? Jasně, oba nosíme brýle, oba vypadáme jako vysoká verze Doctora Who, ale, jak vidíte, máme jinou barvu vlasů, jiné nosy, a taky jsem daleko lepší v Assassin's Creed než on. Takže, proč nejsme identičtí? Pokud víme, jsme oba potomci stejných lidí se stejnou genetickou výbavou. Odpovědí na tyto a mnoho dalších otázek o záhadách života je meióza. (veselá znělka) V minulém díle jsme mluvili o tom, že většina buněk vašeho těla, neboli somatických buněk, klonuje sebe sama pomocí mitózy. Mitóza replikuje buňku s kompletní sadou 46 chromozomů do dvou dceřiných buněk, které jsou zcela identické. Ale i přestože se většina vašich buněk umí naklonovat, vy sami sebe naklonovat nemůžete, a to z dobrého důvodu, tedy spíše důvodů. Kdyby se buňky dělily jen mitózou, znamenalo by to, za A) byli byste klony jednoho z rodičů, což by bylo přinejmenším znepokojivé, nebo možná za B) půlka vašich buněk by byly klony od vaší mámy a půlka klony od vašeho táty, a vypadali byste vážně divně. Ale tak to není. Známe daleko lepší způsob. A při něm obsahují všechny buňky vašeho těla stejnou směs DNA - 46 chromozomů, seskupených do 23 párů. V těchto párech je vždy jeden chromozom od vaší mámy a jeden od táty. Chromozomy v těchto párech jsou si dost podobné, ale nejsou identické. Obsahují různé verze stejných genů neboli alely, na stejných místech pro každou vlastnost. Protože jsou si tak podobné, říkáme jim homologní páry chromozomů. Slovo homologní je v genetice běžné, a znamená, že dvě věci k něčemu mají stejný (=homo) vztah (=logos). A to i když se navzájem trochu liší. Nicméně máme některé speciální buňky, které mají jen půlku z toho množství, tedy 23 chromozomů. To jsou vajíčka a spermie. Nazýváme je haploidní buňky. Každá má půlku z plného počtu chromozomů a potřebují se spolu spojit, aby měly kompletních 46 chromozomů. Pro vznik haploidních buněk je potřeba proces, který je velmi podobný mitóze, ale má úplně jiný výsledek - meióza. Během ní se speciální diploidní buňky rozdělí dvakrát na dvě půlky, čímž vzniknou čtyři samostatné buňky, z nichž má každá odlišnou genetickou výbavu. Meióza je vlastně jako mitóza, jen dvakrát. Projde stejnými fázemi jako mitóza, tedy profází, metafází, anafází a telofází, a pak ještě jednou. Jména fází jsou příhodně pořád stejná, jen se za ně přidá číslice II. Jako u sérií filmů. A stejně jako u Nezvratného osudu, i tady je zápletka vždy stejná, jen s jinými herci. A materiál pro tenhle proces je ve vašich vaječnících nebo varlatech, v závislosti na...vždyť víte. No, vždyť víte na čem to záleží. Jejich diploidní buňky nazývané buď primární oocyty, nebo primární spermatocyty, záleží na tom, jaký typ gamet produkují. Že muži produkují spermie, asi víte, a produkují je po celý svůj dospělý život, zatímco ženy se rodí s určitým množstvím vajíček, která se pak od puberty spoustu let postupně uvolňují. Tady by bylo fajn znovu shlédnout poslední díl o mitóze, kde jsme tenhle proces rozebrali do detailu krok za krokem. Jakmile se vrátíte sem, můžeme začít vyrábět mláďatotvůrce. Stejně jako u mitózy, i tady je fáze mezi dvěma buněčnými děleními, kdy se buňka připravuje na další dělení. Této fázi se říká interfáze a všechny důležité části se replikují právě tady. Dlouhé řetězce DNA v jádře se zdvojují a každá buňka má tak dvě kopie každého řetězce. Jen pro připomenutí jak přesně tohle DNA dělá, natočili jsme o tom celý díl, tak se na něj podívejte a pak se vraťte sem. Podobné je to s centrosomy. Sadou proteinových válců poblíž jádra, které kontrolují způsob, jakým se materiály pohybují po těchto vláknitých proteinech, zvaných mikrotubuly. A to nás přivádí k prvnímu kolu meiózy, tedy k profázi I. To je dost podobné mitóze. Centrosomy se přesunují do opačných částí buňky, přitom protahují mikrotubuly, a DNA se pomocí proteinů shlukuje do chromosomů. Každý jeden chromosom je napojen na svou kopii, a tvoří dvojitý chromosom ve tvaru písmene X. Pamatujte si, že jakmile se napojí, tak se jednotlivému chromosomu začne říkat chromatida, a na každé straně tohoto X leží jedna. Každý dvojitý chromosom má dvě chromatidy. V profázi I. probíhají dva další velmi důležité kroky - crossing over a homologní rekombinace. Pamatujte si, že chceme dostat čtyři pohlavní buňky, a každá má jen jeden chromosom z každého homologního páru. Ale narozdíl od mitózy, kde jsou všechny výsledné kopie stejné, tady bude každá kopie odlišná od zbytku. Každý pár chromosomů (dvojitý chromosom) se řadí vedle svého homologního páru, takže tady je pár od vaší matky hned vedle páru od vašeho otce, oba páry jsou verze stejného chromosomu. Když se teď podíváte, uvidíte, že tyto dva dvojité chromosomy, každý se dvěma chromatidami, dávají dohromady čtyři chromatidy. Teď sledujte, jedna chromatida z každého X se proplete s druhým X. To je crossing over. A jak se propletou, tak si mezi sebou vymění úseky DNA. To je rekombinace. Úseky, které si vymění, jsou ze stejné oblasti na každém chromosomu, takže jeden dává například genetický kód pro barvu vlasů nebo tělesný pach, a za to dostane jiné chromosomální geny pro stejnou vlastnost. To, co se tady stalo, je důležité. Tím na jediném chromosomu vznikly nové kombinace genů. A to je celá pointa tohoto druhu rozmnožování. Život by byl o dost jednodušší, kdybychom se mohli jen tak naklonovat, ale klonovali bychom i všechny špatné kombinace genů, a nebyli bychom schopni se měnit a adaptovat na naše okolí. A jedním z pilířů přírozeného výběru je rozmanitost, a tohle je hlavní zdroj této rozmanitosti. A co dál? Protože si tyto čtyři chromatidy vyměnily části DNA zcela náhodně, znamená to, že tyhle čtyři chromatidy jsou nyní každá jiná. Později skončí každá z těchto chromatid v jiné pohlavní buňce, což je důvod, proč má každé vajíčko, byť od stejné ženy, trochu jinou genetickou výbavu. To samé platí i pro spermie. A přesně proto se liším od Johna, i když jsme oba vznikli ze stejných sad DNA. Díky kouzlu genetické loterie, ke které dochází při rekombinaci, jsem já dostal tuhle super hřívu vlasů a na Johna zbyl jen hnědý chuchvalec. Nemluvě o tom, jak válím v Assasin's Creed. Ale pak je zde jeden pár chromosomů, který nemusí vždy projít crossing overem ani rekombinací, a to je dvacátý třetí pár, neboli vaše pohlavní chromosomy. Pokud jste žena, máte dva stejné, úžasné, plně funkční chromosomy. To jsou vaše X chromosomy. Protože jsou stejné, mohou projít crossing overem i rekombinací, ale pokud jste, jako já, muž, tak dostanete jeden chromosom X, a pak další chromosom od vašeho otce, což je tenhle ošklivý skrček, který moc genetické informace nenese. Během profáze nechce X s malým Y nic mít, protože nejsou homologní. Takže k sobě nesedí. Tyto XY páry se v pozdější fázi rozdělí na jednotlivé chromatidy. A díky tomu polovina ze čtyř vzniklých spermií ponese X, ze kterého vznikne dcera, a druhá půlka ponese Y, a z nich vznikne syn. To, co se děje dál, je další úžasná věc. Tohle je metafáze I. Možná si vzpomínáte, že v mitóze se všechny chromosomy řadí do jedné linie pomocí proteinů (mikrotubulárních motorů) a jsou roztrženy na dvě části. Tady je to ale jinak. Při meióze se každý chromosom řadí vedle svého homologního partnera, se kterým už si předtím prohodil pár genů. Tyhle homologní páry se poté roztrhnou a každý se přesune na jinou stranu buňky. A to je anafáze I. Finální fáze prvního kola, telofáze I, pak probíhá prakticky stejně jako při mitóze. Jaderná membrána se znovu vytvoří, uvnitř se objeví jadérko, chromosomy se rozvolní na chromatin. Mezi novými buňkami se tvoří záhyby, neboli rýhování, a jak se od sebe nově vzniklá jádra vzdalují, buňka se dělí procesem zvaným cytokineze, což je doslova pohyb buňky. A to je konec prvního cyklu. Máme dvě haploidní buňky, každou se 23 novými dvojitými chromosomy, které jsou unikátní kombinací původních chromosomových párů. V těchto buňkách jsou chromosomy stále ještě zdvojené a spojené centromerami. Pořád vypadají jako X. Ale pamatujte, cílem meiózy jsou čtyři buňky. Takže je čas na pokračování. Nyní ten proces probíhá úplně jako mitóza, jen cílem není zdvojení už tak dvojitých chromosomů, ale jejich roztržení na chromosomy s jedním vláknem. Kvůli tomu během profáze II. nedochází k replikaci DNA. Místo toho se DNA znovu smotá do chromosomů, a to, co zajišťuje pohyb chromosomů, neboli mikrotubuly, se připraví. V metafázi II. jsou chromosomy uspořádány do linie ve středu buňky, a v anafázi II. jsou od sebe odtrženy na jednotlivé jednochromatidové chromosomy. Chromozomy se rozvolňují na chromatin, tvoří se rýhování, a konečné rozdělení buňky cytokinezí značí konec telofáze II. Z počáteční jedné buňky se 46 chromozomy teď máme čtyři nové buňky, každou se 23 chromozomy. Pokud jsou tyto nové buňky spermie, pak jsou všechny stejně velké, ale každá má odlišnou genetickou informaci. A polovina bude na vytvoření holek a polovina na vytvoření chlapců. Pokud ale vznikají vajíčka, je to trochu jiný proces, a výsledkem je jen jedno vajíčko. Jen pro připomenutí, v průběhu telofáze I, se větší část vnitřní výplně buňky, cytoplazma společně s organelami, přesune jen do jedné z nově vzniklých buněk. V telofázi II., kdy je čas se znovu dělit, se zopakuje proces přerozdělení větší části cytoplazmy do jedné z buněk. Tahle velká nacpaná buňka se stane vajíčkem obsahujícím velké množství živin, cytoplazmy a organel, které potřebuje k výživě embrya. Tři ostatní vzniklé buňky, ty malinké, nazýváme polární tělíska, a jsou naprosto k ničemu, alespoň u lidí, u rostlin mohou být naopak velmi užitečné. U rostlin jsou totiž polární tělíska také oplodněna, a stane se z nich endosperm. To je ta škrobovitá, proteinová hmota, kterou meleme na mouku, nebo pukáme na popcorn. A vlastně to jsou ty látky, které vyživují embryo rostlin - semeno. No a to je vlastně všechno. Vím, že jste ze začátku byli nadšení, když jsem začal mluvit o rozmnožování. Ale potom jsem dlouho blábolil o haploidních a diploidních buňkách. Ale teď už můžete říct, že toho hodně víte o zázraku rozmnožování. Ve skutečnosti to není zázrak. Je to věda!