Ebben az epochában a biológia legizgalmasabb, legforróbb területeiről esik majd szó. Nem hiába jósolják sokan, hogy a XXI. század a biológia évszázada lesz, túlzás nélkül állíthatjuk, hogy a természettudományok között a biológia fejlődik a legdinamikusabban. Az epocha első felében a genetikával ismerkedünk meg, mégpedig úgy, ahogy a tudósok is megismerték, vezérfonalunk tehát a tudománytörténet lesz. Alkalmatok nyílik egyes tudósok személyiségét is megismerni nem csak azt, amit felfedeztek. A klasszikus genetika után a molekuláris biológia kerül sorra, nem csak tudomány pillanatnyi eredményei, de a jövő lehetőségei is előkerülnek majd. Innen a populációk tanulmányozása és az evolúció felé megyünk tovább. Az epocha végén még szót ejtünk az idegrendszer és az emberi viselkedés kutatásáról is.

Ismétlés

•  Rajzolj le egy sejtet, jelöld betűvel az egyes sejtalkotókat! Töltsd ki a táblázatot!

•  Melyik sejtalkotók képesek osztódni?

•  Mi az a sejtciklus, mi történik az egyes fázisokban?

•  Emlékezz vissza a növények nemzedékváltakozására, amit nyolcadikban tanultunk! Nevezd meg a rajzon az egyes részeket!

•  Hogyan épül fel a DNS? Nevezd meg részeit!

•  Mit jelentenek az alábbi fogalmak?

Nukleotid

Triplet

Transzkripció

Transzláció

Haploid

Diploid

A sejtosztódás ténye régóta ismert, az első mikroszkópokkal már figyeltek meg osztódó sejteket. Azt azonban, hogy pontosan mi történik ebben a folyamatban csak a múlt század közepére sikerült pontosan tisztázni. Ehhez ismerni kellett a DNS felépítését és azt is, hogy ez a DNS miként helyezkedik el sejtekben.

A sejtek döntő többségében a DNS több molekulára oszlik, ezek a molekulák a sejtmagon belül többé-kevésbé rendezetlenül helyezkednek el. Maga a DNS nagyon hosszú molekula, ezért a sejtmagban egy laza pamutgombolyaghoz hasonlóan tekeredik fel. Bizonyos festékek (pl. a mexikói kaktuszokon élősködő tetvekből készített kármin) jól festik a DNS-t, amit ezért ilyen állapotában kromatin (színes) állománynak neveznek, ez tölti ki a sejtmag belsejét.

Az osztódásra készülő sejtnél azonban a DNS sokkal rendezettebb szerkezetet vesz fel. Apró fehérjekorongokra (nukleoszómákra) tekercselődik fel, és ezek is szigorú rendben tekerednek egymásra. A szorosan feltekert DNS molekulát védő fehérjék (hisztonok) burkolják be. Egy-egy ilyen fehérjeburokban meghúzódó alaposan összetekert DNS molekula alkot egy kromoszómát (színes testet). A kromoszómák többnyire X alakúak. Egy kromoszóma két kromatidából áll, melyek a befűződésnél kapcsolódnak össze. A kromoszómákat nagyságuk szerint számozzák, az ember testi sejtjei 23 pár kromoszómát tartalmaznak. A legnagyobb az I., a legkisebb a XXII. Különleges a nemet meghatározó X és Y kromoszóma, ezeket szex-kromoszómának , a többit testi kromoszómának, vagy autoszómának nevezik.

•  Emlékezz vissza a sejtciklusról tanultakra, miért lehet X alakja a kromoszómáknak?

Számtartó osztódás (mitózis)

A testi sejtek osztódásakor diploid sejtből diploid sejt keletkezik, a kromoszómák száma megegyezik az kiindulási és az utód sejtekben. Ezt az osztódást ezért számtartó osztódásnak, mitózisnak nevezzük.
A mitózis első lépése a kromoszómák kialakulása és a sejtközpont megkettőződése. A két sejtközpont a sejt két végébe vándorol.
A következő lépés a sejtmaghártya lebomlása. Ezt követően a kromoszómák a sejt középvonalába rendeződnek. A sejtközpontból apró fonalak, osztódási orsók indulnak minden egyes kromoszómához. Egy-egy kromoszómához tehát két oldalról a két sejtközpontból kapcsolódik egy-egy orsó.
Az orsók húzni kezdik a kromoszómákat, melyek így két kromatidára szakadnak szét. Az orsók a sejt két végébe húzzák a kromatidákat.
Ezt követően kialakul az új sejthártya és az új sejtmaghártya, a két utódsejt tehát mindegyik kromoszóma egy-egy kromatidáját tartalmazza. Az új sejtek kromoszómaszáma tehát megegyezik a kiindulási sejtével.

A kikericsben található colchicin nevű anyag gátolja az osztódási orsók kialakulását. Ha egy élőlény kromoszómáit meg akarják számolni, a kármin (vagy más a kromoszómákat láthatóvá tevő pl. fluoreszcens) festés előtt colchicinnel kezelik.
Miért?

Az előszakasz vége

A középszakasz

Az utószakasz

Számfelező osztódás (meiózis)

Azok az élőlények, melyek ivarosan (szexuálisan) szaporodnak, haploid ivarsejteket hoznak létre. Mivel az ivaros szaporodásnál két sejt egyesül, szükség van a kromoszómaszám felezésére, különben egyre csak nőne az utódokban a kromoszómák száma. Ilyen osztódással, meiózissal jönnek létre a spermiumok és a petesejtek, a harasztok spórái, a virágos növények virágporszeme és magkezdeménye.
A meiózis során is kialakulnak a kromoszómák és kettéosztódik a sejtközpont. A sejtmaghártya lebomlásakor azonban az azonos kromoszómapárok (melyek azonos méretűek és azonos géneket tartalmaznak) az úgy nevezett homológ kromoszómák, rendeződnek egymás mellé.
Ekkor játszódik le a meiózis leglényegesebb mozzanata a kicserélődés. A homológ kromoszómák karjai bizonyos pontokon eltörnek és kicserélődnek (lásd az ábrát). Ezt nevezik rekombinációnak, crossing overnek is. Egy diploid lény két készlet kromoszómájából az egyiket az apától, a másikat az anyától kapta. Minden testi sejtjében megtalálható tehát minden kromoszómából egy apai és egy anyai változat. A rekombináció során azonban ezek összekeverednek, az új kromoszómák már az apai és anyai tulajdonságok mozaikjai. Az ivaros szaporodás legfontosabb szerepe pontosan ez, hogy új változatok generálásával lehetoséget ad hibák kijavítására.

A meiózis első szakaszában az osztódási orsók nem a kromatidákhoz, hanem a homológ kromoszómapárok egy-egy kromoszómájához csatlakoznak. Így egy-egy kromoszómához csak egy-egy orsó csatlakozik. Mikor az orsók a sejt két végébe húzzák a kromoszómákat, az eredeti kromoszómaszám fele gyűlik össze. Kialakul az új sejthártya, a két utódsejt tehát haploid, egyszeres kromoszómakészletet tartalmaz.
Ezek után lejátszódik a meiózis második szakasza, ami pontosan olyan, mint egy normális mitózis. A két haploid utódsejtben mitózis játszódik le, szétválasztva a kromatidákat. Erre azért van szükség, mert a rekombináció során a két kromatida egymástól eltérővé vált, ami komoly bonyodalmakat okozhatna. A meiózis végeredménye tehát négy haploid sejt, melyek mindegyike a tulajdonságok egyedi kombinációját hordozza.

Animáció a mitózisról
Animáció a meiózisról

kromatin állomány, hiszton, kromoszóma, kromatida, szex-kromoszóma, autoszóma, mitózis, meiózis, rekombináció