Когда образуются половые клетки
Одним из первых этапов разделения труда между клетками в организме, фактически совпавшим с происхождением самих многоклеточных организмов, было разделение на соматические и половые клетки. С того времени, эволюционируя, многоклеточные организмы поделились на две группы: на тех, кто формирует половые клетки из соматических по мере необходимости, и тех, кто уже на ранних этапах эмбрионального развития выделяет и на некое время «консервирует» отдельную популяцию клеток – предшественников половых клеток.
Женские гаметы папоротника
© jessy731/Flickr
У человека, к примеру, первичные половые клетки образуются на пятой семь дней эмбрионального развития в желточном мешке. Сейчас зачатки гонад – яичников и семенников — еще кроме того не сформировались, но, в то время, когда они сформируются, первичные половые клетки мигрируют в том направлении и в том месте и останутся.
Похожим образом первичные половые клетки выделяются практически у всех животных сложнее кишечнополостных. У некоторых видов насекомых будущее половых клеток определяется экстремально рано: уже в неоплодотворенной яйцеклетке у одного из полюсов находятся протеиновые гранулы, и как раз из части цитоплазмы с гранулами по окончании разделения образуются первичные половые клетки.
У примитивных животных и всех растений, раньше вторых ответвившихся от общего эволюционного ствола, (губок, гребневиков, медуз, оболочников, плоских червей и т.п.) никаких изначально назначенных половых клеток нет. Они образуются из соматических стволовых клеток, живущих в соматических тканях лишь тогда, в то время, когда организм решает приступить к размножению.
До сих пор не было выдвинуто ни одной теории, которая бы удачно растолковала, для чего пригодилось раннее «консервирование» половых клеток.
Одно из предлагаемых объяснений содержится в заботе о сохранности генетического материала. Вправду, при каждом делении клетки происходит удвоение хромосом, и при копировании происходят неточности.
Количество таких неточностей при одном копировании мало, но, чем больше копий, тем больше неточностей. В метаболически активных клетках из-за окислительно-восстановительных реакций, нужных для выработки энергии (синтеза АТФ), более агрессивная окружающая среда, выше концентрация свободных радикалов.
Под их действием в ДНК смогут оказаться новые мутации, даже в том случае, если сейчас не происходит копирование.
Предел Хейфлика и теломеры
Неточности при репликации и деятельный метаболизм содействуют накоплению мутаций в геноме клетки. Накопление мутаций может приводить к злокачественному перерождению клетки, и тогда погибнет уже не одна клетка, а целый организм.
Для защиты от для того чтобы эгоистического поведения существует ограничение, наложенное на соматические клетки многоклеточных организмов – предел Хейфлика – предельное количество делений, каковые может осуществить клетка. Для клеток человека предел Хейфлика равен 52.
Технически предел Хейфлика появляется за счет теломер – последовательностей на финишах хромосом. При удвоении хромосом полимераза из-за собственной пространственной структуры не имеет возможности начать функционировать с самого финиша хромосомы, и транскрипт любой раз выходит все меньше и меньше.
До тех пор пока укорочение затрагивает лишь последовательности теломер, клетка живет. Когда теломеры кончаются, геном делается нестабилен и клетка погибает. Побочным эффектом таких репликативных ограничений, по-видимому, есть старение организма.
На клетки половой линии предел Хейфлика не распространяется – возможно они бессмертны и переходят много поколений, перетасовывая генетический материал. Такое необычное бессмертие достигается за счет активности теломеразы – фермента, удлиняющего теломеры.
Действительно, наряду с этим сходу увеличивается цена появившейся негативной мутации. В случае если клетка с мутацией примет участие в ходе оплодотворения, то мутацию унаследуют все клетки нового организма.
Таковой организм может оказаться менее приспособленным либо кроме того больным и скоро умереть.
Но, против консервации половой линии для бережного отношения к ядерной ДНК имеется важный довод. Он содержится в том, что с той точки зрения консервируются лишь женские половые клетки.
Мужские половые клетки весьма деятельно делятся и у человека проходят около 30 делений к моменту полового созревания и около 400 (!) – к 30 годам. С данной точки зрения мужские половые клетки-предшественники ведут себя как соматическая ткань – особенно громадно сходство с костным мозгом, в котором маленькое количество стволовых клеток все время интенсивно делится, дабы снабжать организм короткоживущими форменными элементами крови.
Из-за для того чтобы интенсивного деления предшественников сперматозоидов ДНК потомства содержит уже большое количество мутаций если сравнивать с отцовской.
Митохондриальная ДНК
© Darryl Leja/National Human Genome Research Institute
Предположить другую, более возможную обстоятельство появления консервации клеток половой линии оказывает помощь яйцеклетки роли и сравнение сперматозоида при оплодотворении. В момент оплодотворения из сперматозоида в яйцеклетку попадает лишь ядро, цитоплазма и все органеллы достаются будущему эмбриону от яйцеклетки.
В частности, все митохондрии нового организма унаследованы им от матери. Митохондрии занимаются в клетке выработкой энергии. Будучи исторически бактериями, вступившими в симбиоз с эукариотами, они сохраняют остатки собственного генома.
Митохондриальный геном больше похож на бактериальный, чем на эукариотический. Он представлен одной кольцевой хромосомой, и не вступает в гомологическую рекомбинацию.
Митохондрии делятся как простые бактерии, наряду с этим двум дочерним митохондриям достаются аналогичные с точностью до только что показавшихся мутаций хромосомы. Это значит, что неудачная мутация, появившаяся в митохондриальной ДНК, возможно элиминирована, лишь в случае если ни одна неудачная митохондрия не попадет в клетки половой линии нового поколения (маловероятно, в случае если неудачная митохондрия успела неудачно размножиться) либо в случае если организм не покинет потомства вовсе.
По всему выходит, что цена таковой мутации выше.
Но, не считая вредных мутаций, имеется еще и нужные. Без них эволюция была бы по большому счету неосуществима, по причине того, что во-первых, все были бы однообразны, а, во-вторых, по большому счету бы не пережили резкой смены условий.
Исходя из этого число мутаций должно пребывать на определенном отрезке: не быть ни через чур громадным, ни через чур мелким.
Предположения о том, что изоляция клеток половой линии нужна для бережного хранения митохондрий яйцеклеток, была выдвинута уже достаточно давно. Но, очевидно, совершить опыт в масштабах эволюции от общего предка всех эукариот до хотя бы кольчатых червей совсем нереально.
Исходя из этого Ник Лэйн из Университетского колледжа в Лондоне и его сотрудники воспользовались математической моделью чтобы подтвердить либо опровергнуть эту догадку. Их работа размещена в электронном научном издании PLOS Biology.
В различное время в различных опытах была оценена скорость происхождения новых мутаций в митохондриальной ДНК различных видов. Оказалось, что она низкая для примитивных животных и растений, но значительно более высокая у более сложных животных, а также, у млекопитающих.
Обстоятельства этого не в полной мере понятны. Было выдвинуто предположение, что переход к охоте и подвижному образу жизни выдвинул более твёрдые требования к энергообеспечению клеток, и для получения более действенных митохондрий частоту происхождения мутаций было нужно повысить.
Прекрасно, но, заметна корреляция между частотой происхождения мутаций в митохондриальной ДНК и консервацией женских половых клеток. Авторы работы выстроили математическую модель, оценивающую приспособленность организма в зависимости от частоты происхождения мутаций в митохондриальной ДНК.
Оказалось, что при высокой частоте, характерной, к примеру, человеку, без консервации женских половых клеток мутации в митохондриях накапливались бы через чур скоро.
В целом, эта математическая модель достаточно убедительно отвечает на вопрос, для чего по большому счету пригодилось консервировать клетки половой линии. Но, будучи математической моделью, она владеет тем недочётом, что опирается лишь на уже полученные к текущему моменту экспериментальные информацию о частоте мутаций при репликации митохондриальной ДНК у различных видов.
В случае если на следующий день в новых опытах отыщут растение с высокой частотой мутаций либо какое-нибудь позвоночное с низкой, теорию нужно будет пересмотреть либо значительно дополнить.
Авторы работы предполагают кроме этого, что их теория растолковывает необъясненное до тех пор пока явление атрезии фолликулов. На протяжении эмбрионального развития женского организма человека (подобно это устроено и у большинства вторых животных) образуется около 6 миллионов оогоний (предшественников ооцитов).
Позже более 90% их самопроизвольно погибает, и к пубертату их остается около 500 тысяч. Сложно себе представить, что это происходит из-за низкого качества клеток.
Авторы работы высказали предположение, что это явление показалось, дабы исправить через чур мелкую вариативность в митохондриальной ДНК, которая появилась из-за консервации клеток половой линии. По их предположению, клетки сперва пара раз делятся, чтобы получить больше различных вариантов митохондриальной ДНК, а позже часть из них гибнет так, дабы в живых остались клетки с максимально непохожими вариантами.
Такая вариативность крайне важна, именно она есть материалом для отбора и эволюции самые выгодных вариантов. Соревнование между различными вариантами ооцитов начинается весьма рано.
В каждом цикле у человека начинает созревать пара фолликулов, но один из них вырывается вперед, и тогда остальные, в большинстве случаев, гибнут (как раз этим разъясняется относительно низкая частота рождения разнояйцевых близнецов у человека). Быть может, что решающем преимуществом в этом соревновании именно и есть эффективность работы митохондрий.
Авторы работы в полной мере согласны с тем, что их предположение – всего лишь догадка, что она не может быть подтверждена экспериментальными данными, но возможно такими данными опровергнута. Но она достаточно непротиворечиво растолковывает явление, которое ученые пробовали растолковать сначала – консервацию клеток половой линии (в основном, в женском организме).
Помимо этого, попутно эта догадка растолковывает и другие не растолкованные ранее явления – к примеру, излишней производство и массовую смерть предшественников яйцеклеток.
Источник: Александра Брутер polit.ru
От кого зависит пол ребёнка Определи правду.
