Содержание
Клетка — это морфологическая и функциональная единица живого существа. Каждое живое существо, от самых основных бактерий до человека, имеет по крайней мере одну клетку, способную к самовоспроизведению и обмену веществами с окружающей средой. У прокариотических живых существ есть только одна клетка, составляющая все их тело, но эукариоты могут интегрировать миллиарды из них в наше тело, каждая из которых образует систему, намного превышающую размер единицы, и обладающую заметными функциональными возможностями.
Как мы уже сказали, клеточная сущность эквивалентна жизни. Единственные организмы, которые согласуются с этой предпосылкой — это вирусы, вироиды и прионы, но их редко считают живыми существами. Скорее, они составляют отдельную группу биологических патогенов с инфекционным потенциалом. Без клетки не могут быть достигнуты минимальные требования, чтобы жизнь могла развиваться как таковая.
В любом случае следует отметить, что, например, у человека существует 2 основных типа клеток: гаплоидные и диплоидные.
В природе ни одна адаптация не возникла случайно. Каждая характеристика играет определенную роль в эволюционной истории вида, поэтому тот факт, что в одном организме есть гаплоидные и диплоидные клетки, должен иметь основание для существования.
Гаплоидные клетки содержат только один набор хромосом, диплоидные клетки — два
В этом главное отличие гаплоидии от диплоидии. Диплоидная клетка содержит в своем ядре набор парных хромосом, в которых находится вся генетическая информация человека, половина отца и половина матери. В случае человека существует 23 пары хромосом, 22 аутосомных и одна половая (XX и XY), которые включают около 25 000 различных генов. Из 46 хромосом, существующих в ядре клетки, 23 происходят от одного родителя, а 23 — от другого.
С другой стороны, гаплоидная клетка (n) — это клетка, которая содержит только одну хромосому каждого типа. В случае человеческих гамет (яйцеклеток и сперматозоидов) ядро клетки содержит только 23 хромосомы. Объяснение простое: если бы каждая гамета была диплоидной, на стыке, образующем зиготу, полученные клетки имели бы все больше и больше хромосом:
- Гаплоидная клетка (n) + Гаплоидная клетка (n) = Диплоидная клетка (2n).
- Диплоидная клетка (2n) + Диплоидная клетка (2n) = Тетраплоидная клетка (4n).
- Тетраплоидная клетка (4n) + Тетраплоидная клетка (4n) = Клетка с 8 наборами хромосом (8n).
Таким образом, если бы гаплоидные клетки не существовали во время полового размножения, всего за 3 поколения у человека было бы 46 хромосом. Дублирование одной хромосомы, когда она не соприкасается, уже может быть фатальным, поэтому этот механизм генетического накопления был бы несовместим с жизнью.
Диплоидные клетки делятся митозомом, а гаплоидные клетки — мейозомом
Как мы уже установили, соматическая диплоидная клетка (составляющая ткани) имеет по паре каждой хромосомы, каждого члена одного из двух родителей.
Поскольку эти клетки не участвуют в воспроизводстве (они предназначены только для поддержания и восстановления структур тела), у них нет необходимости делить свою генетическую информацию пополам. По этой причине они делятся митозомом — процессом, в котором материнская клетка дает начало двум точно таким же дочерним клеткам за счет дублирования их ДНК и разделения цитоплазмы.
Как вы могли догадаться, дело с гаплоидными клетками совершенно иное. В организме человека этими клеточными единицами являются яйцеклетки и сперматозоиды, отвечающие за оплодотворение. Чтобы диплоидия оставалась в зиготе, каждая пара хромосом должна быть «разделена» пополам и должен остаться только один из двух членов, как мы видели в предыдущем разделе.
Таким образом, процесс образования гаплоидной клетки намного сложнее, чем диплоидной (по крайней мере, внутри диплоидного организма). Чтобы проиллюстрировать это, мы покажем вам процесс синтеза спермы:
- Пролиферативная фаза: диплоидные стволовые клетки зародыша образуют сперматогонии типа A и B. Клетки A делятся путем митоза, чтобы увеличить количество клонов, а клетки B — нет.
- Сперматогония дифференцируется в первичный сперматоцит, и в результате мейоза I это дает начало двум вторичным сперматоцитам. В мейозе II каждый вторичный сперматоцит дает две гаплоидные сперматиды.
- Таким образом, там, где раньше была диплоидная сперматогония B, теперь имеется 4 гаплоидных сперматида с половиной генетической информации.
- Сперматиды созревают в функциональные сперматозоиды.
Таким образом, образуются 4 гаплоидных гаметы там, где раньше существовала диплоидная стволовая клетка зародыша. Кроме того, в течение всего этого процесса происходят хромосомные перестановки, из-за которых информация о родителях не присутствует в потомстве. По этой причине считается, что половое размножение является основой генетического разнообразия видов.
Гаплоидия и диплоидия ограничены разными группами клеток
Все клетки, составляющие наше тело, являются диплоидными, за исключением гамет (яйцеклеток и сперматозоидов), которые синтезируются в яйцеклетке и семеннике соответственно. Таким образом, обобщается, что соматические клетки человека являются диплоидными, а половые клетки — гаплоидными.
Тем не менее, это не совсем так: например, большинство гепатоцитов (клеток печени) являются тетраплоидными, что означает, что они содержат в два раза больше генетической информации, чем нормальные соматические клетки.
Диплоидия позволяет различать пол у некоторых видов
В колониях эусоциальных насекомых, таких как пчелы, осы и муравьи (перепончатокрылые), самцы гаплоидны (X), а самки — диплоидны (XX). Эта эволюционная стратегия следует четкой схеме: самцы могут родиться от фертильной самки без необходимости ее предварительного оплодотворения, что значительно облегчает репродуктивный период между колониями одной и той же популяции.
Как вы понимаете, у людей это совсем не так, поскольку и мужчины (XY), и женщины (XX) диплоидны.
Каждый тип ячеек выполняет разные функции
В человеческом организме функция диплоидных клеток состоит в том, чтобы поддерживать биологическую систему тела на плаву. Например, соматические клетки дермального и эпидермального слоев находятся в непрерывном росте, так как около 40 000 кератиноцитов (клетки рогового слоя, самого поверхностного) теряются каждую минуту нашей жизни. Деление митозом способствует восстановлению, поддержанию и замене всех тканей тела.
С другой стороны, гаплоидные клетки обладают уже исследованной функцией: половым размножением. Хотя половое размножение намного дороже простого митоза, оно имеет большой эволюционный смысл. Все потомки линии, разделенной митозом, генетически одинаковы, поэтому они обладают одинаковыми способностями перед лицом изменений окружающей среды, а диапазон их адаптационных возможностей минимален.
С другой стороны, виды, которые следуют паттерну полового размножения, представляют собой очень разные экземпляры в пределах одной и той же популяции на генетическом уровне, поскольку ребенок никогда не совпадает с одним из своих родителей, а скорее является комбинацией обоих. Следовательно, существование гаплоидных клеток и образование гамет — это то, что порождает разнообразие планеты на протяжении поколений, в дополнение к адаптивным способностям.
Как вы видели, различия между гаплоидной клеткой и диплоидной клеткой выходят далеко за рамки хромосомного набора. Важно знать различия между клеточными образованиями на микроскопическом уровне, а также применять это в медицинской и эволюционной областях.
Оба типа клеток являются двумя важными частями одного механизма: диплоидия поддерживает жизнь, а гаплоидия ее порождает. Оба процесса жизненно важны для поддержания видов, размножающихся половым путем.