9. Solujen lisääntyminen ja mitoosi
Luvun sisältö
- 9. Johdanto
- 9.1 Solun elämänkierto
- 9.2 Solut lisääntyvät mitoosin avulla
- 9.3 Suvuttomassa lisääntymisessä hyödynnetään mitoosia
9. Johdanto
Kaikki olemassa olevat solut ovat syntyneet toisista soluista jakautumalla. Jakautumisen jälkeen solut voivat kasvaa ja erilaistua. Ihmisellä jakautumis- ja erilaistumiskykyisiä soluja kutsutaan kantasoluiksi. Niistä voi syntyä useita erilaistuneita solutyyppejä.
Esimerkiksi hermosolu on erikoistunut kuljettamaan sähköisiä signaaleja ja lihassolu supistumaan ja tuottamaan eliön liikkeen. Erilaistunut solu ei useimmiten enää kykene muuttumaan kantasoluksi.
Kaikki eliöiden solut ovat syntyneet toisista soluista jakautumalla. Videossa on ihmisen hedemöittyneen munasolun ensimmäset solujaot.
Monisoluisilla eliöillä solujen jakautuminen mahdollistaa eliön kasvun ja solukkojen tai kudosten uusiutumisen. Murtunut luu tai ihon haava korjautuvat luu- ja ihosolujen jakautuessa. Lisäksi yksilönkehitys perustuu hedelmöittyneen munasolun peräkkäisiin jakautumisiin.
Monisoluisten eliöiden solut voivat erilaistua tiettyyn tehtävään. Ihmisen kantasolut voivat erilaistua esimerkiksi lihas-, puna- tai hermosoluiksi.
Esimerkiksi hermosolu on erikoistunut kuljettamaan sähköisiä signaaleja ja lihassolu supistumaan ja tuottamaan eliön liikkeen. Erilaistunut solu ei useimmiten enää kykene muuttumaan kantasoluksi.
Kaikki eliöiden solut ovat syntyneet toisista soluista jakautumalla. Videossa on ihmisen hedemöittyneen munasolun ensimmäset solujaot.
Monisoluisilla eliöillä solujen jakautuminen mahdollistaa eliön kasvun ja solukkojen tai kudosten uusiutumisen. Murtunut luu tai ihon haava korjautuvat luu- ja ihosolujen jakautuessa. Lisäksi yksilönkehitys perustuu hedelmöittyneen munasolun peräkkäisiin jakautumisiin.
Monisoluisten eliöiden solut voivat erilaistua tiettyyn tehtävään. Ihmisen kantasolut voivat erilaistua esimerkiksi lihas-, puna- tai hermosoluiksi.
9.1 Solun elämänkierto
Solusykli on sarja vaiheita, jotka kuvaavat solun elämänkiertoa. Elämänkierrossaan solun täytyy kasvaa ja jakautua. Solusykli jaetaan välivaiheeseen, jonka aikana solu kasvaa, ja mitoosiin, jonka tuloksena solu jakautuu kahdeksi soluksi. Solujen syntymistä mitoosin seurauksena tapahtuu kaiken aikaa. Esimerkiksi uusia iho- ja puna- ja luusoluja syntyy koko ajan. Toisaalta lihas- ja hermosolut eivät enää jakaudu.
Juuri jakautunut solu siirtyy välivaiheeseen. Välivaiheen aikana solu kasvaa ja soluelimet kuten mitokondriot voivat jakautua. Jakautuvan solun eli emosolun täytyy ensiksi kahdentaa kromosominsa, sillä molemmille soluille täytyy valmistaa solun perimästä oma kopio.
Kun kromosomeissa oleva DNA kahdentuu, sen kaksoiskierre avataan ja DNA kopioidaan – näin muodostuu kaksi sisarkromatidia. Lopputuloksena DNA:sta syntyy soluun kaksi identtistä kopiota eli kromosomit kahdentuvat.
Oheisessa piirroksessa on esitetty solun elinkierto, joka jaetaan mitoosiin ja välivaiheeseen. Piirroksen yläosassa on kuvattu mitoosi: yhdestä solusta muodostuu kaksi solua. Välivaiheen (G0, G1, S ja G2) aikana solu kasvaa ja vähitellen kromosomit kahdentuvat valmistaen solua uuteen mitoosiin.
Mitoosivaiheessa tapahtuu varsinainen solunjakautuminen.
Mitoosin aikana tuman ympärillä oleva tumakotelo häviää, kahdentuneen kromosomin sisarkromatidit irtoavat toisistaan ja kulkeutuvat solun eri puolille.
Kromosomien ympärille muodostuu uudelleen tumakotelo. Lopuksi solu jakautuu, kun sen keskelle muodostuu uusi solukalvo.
Lopputuloksena on kaksi emosolun kaltaista solua, joissa molemmissa on identtinen perimä.
Solun elinkaari päättyy solukuolemaan. Solu voi kuolla ohjelmoidusti (kuten apoptoosissa), jolloin solu hajoaa säädellysti pienemmiksi osiksi, joka tuhotaan hallitusti. Jos solu vaurioituu, se voi tuhoutua hallitsemattomasti (nekroosi), jolloin solu hajoaa ja sen sisältämät aineet vapautuvat ympäristöön. Ohjelmoitu solukuolema on tärkeä yksilöiden kasvun ja esimerkiksi syöpäsolujen säätelyn tapa.
Yksilö voi hallitusti tappaa ne solut, jotka ovat vaurioituneet tai joita ei enää tarvita yksilönkehityksessä. Esimerkiksi sikiöllä sormet muodostuvat, kun niiden väliset solut kuolevat pois apoptoosin avulla. Myös useimmat syöpäsolut voidaan tuhota jo alkuvaiheessa apoptoosin avulla.
Apoptoosi ja nekroosi.
9.2 Solut lisääntyvät mitoosin avulla
Mitoosi on monivaiheinen tapahtumasarja, joka johtaa kahden perimältään identtisen tytärsolun syntymiseen. Ensimmäisenä mitoosissa tapahtuu tumanjako ja tämän jälkeen soluliman jakautuminen.
Mitoosissa solu tuottaa itsestään täydellisen kopion. Tällöin solu kahdentaa kromosominsa, jotka päätyvät kahteen eri tytärsoluun. Molempien syntyvien solujen perimä on samanlainen kuin alkuperäisen solun. Solut voivat kuitenkin erilaistua eri tehtäviin, jos ne saavat erilaisia kemiallisia viestejä ympäristöstään.
Mitoosilla on myös tärkeä merkitys kudosten uusiutumisen, kasvun ja yksilönkehityksen kannalta. Esimerkiksi yksilönkehityksessä solut jakautuvat mitoosin avulla ja tuottavat kopioita itsestään. Näin kaikkiin eliön soluihin päätyy sama perimä, vaikka ne voivatkin erilaistua moniin eri tehtäviin.
Eri eliöiden solut näyttäisivät jakautuvan hieman eri tavoin (ks. kuva alla). Kuitenkin hiivasolu, kasvisolu ja bakteerisolu jakautuvat samalla periaattella mitoosin kautta.
Mitoosissa säilyy solujen kromosomiluku samana. Mitoosia saadaan kuvattua muun muassa kasvien juurien soluista.
Mitoosissa solu tuottaa itsestään täydellisen kopion. Tällöin solu kahdentaa kromosominsa, jotka päätyvät kahteen eri tytärsoluun. Molempien syntyvien solujen perimä on samanlainen kuin alkuperäisen solun. Solut voivat kuitenkin erilaistua eri tehtäviin, jos ne saavat erilaisia kemiallisia viestejä ympäristöstään.
Mitoosilla on myös tärkeä merkitys kudosten uusiutumisen, kasvun ja yksilönkehityksen kannalta. Esimerkiksi yksilönkehityksessä solut jakautuvat mitoosin avulla ja tuottavat kopioita itsestään. Näin kaikkiin eliön soluihin päätyy sama perimä, vaikka ne voivatkin erilaistua moniin eri tehtäviin.
Eri eliöiden solut näyttäisivät jakautuvan hieman eri tavoin (ks. kuva alla). Kuitenkin hiivasolu, kasvisolu ja bakteerisolu jakautuvat samalla periaattella mitoosin kautta.
Mitoosissa säilyy solujen kromosomiluku samana. Mitoosia saadaan kuvattua muun muassa kasvien juurien soluista.
Mitoosin vaiheet
9.3 Suvuttomassa lisääntymisessä hyödynnetään mitoosia
Lisääntyminen jaetaan suvuttomaan ja suvulliseen. Suvuton lisääntyminen tapahtuu ilman sukusoluja, ja näin uudet yksilöt ovat emoyksilön kopioita. Yksisoluiset eliöt – esimerkiksi bakteerit ja monet alkueliöt – lisääntyvät suvuttomasti jakautumalla. Suvuttomassa lisääntymisessä solut hyödyntävät mitoosia kopioidessaan solujaan.
Mitoosin tuotoksena syntyy perimältään samanlaisia soluja, joten jälkeläiset ovat emonsa täydellisiä kopioita. Esimerkiksi hiivat ovat yksisoluisia eliöitä, jotka voivat suvuttomasti lisääntyä mitoosin avulla. Mitoosin seurauksena emosolusta kuroutuu uusia soluja, jotka ovat perimältään samanlaisia kuin emosolu.
Suvuton lisääntyminen on yleistä kasvikunnassa. Esimerkiksi sienet ja sanikkaiset lisääntyvät itiöistä, ja monet kasvit lisääntyvät suvuttomasti rönsyjen, juurivesojen, maavarren, mukuloiden ja sipulien avulla.
Kasvullisella lisääntymisellä tarkoitetaan kasvin lisääntymistä jostakin muusta kasvinosasta kuin siemenestä. Myös alkeelliset eläimet, kuten sienieläimet, pystyvät lisääntymään suvuttomasti. Kehittyneet eläimet ja kasvit (esimerkiksi selkärankaiset ja siemenkasvit) lisääntyvät kuitenkin pääasiassa suvullisesti.
Esimerkiksi mansikka lisääntyy suvuttomasti rönsyjen avulla. Kasvullisella lisääntymisellä tarkoitetaan siis kasvin lisääntymistä jostakin muusta kasvinosasta kuin siemenestä. Mansikat voivat lisääntyä myös mansikan ulkopinnalla sijaitsevien siementen avulla.
Koska suvuton lisääntyminen ei tapahdu sukusolujen avulla, ovat jälkeläiset perinnöllisesti identtisiä emoyksilön kaltaisia. Näin suvuttomassa
lisääntymisessä ei tapahdu muuntelua eli muutoksia DNA:han. Suvuttomassa lisääntymisessä mutaatiot ovat ainoa muuntelun lähde. Jos suvuttomasti syntyneet yksilöt ovat ympäristöönsä hyvin sopeutuneita, perinnöllisen muuntelun puutteesta ei ole haittaa.
Jos ympäristö muuttuu epäsopivaksi ja populaation yksilöt ovat perimältään samanlaisia, on riski, ettei yksikään populaation yksilöistä pysty sopeutumaan muuttuvaan ympäristöön.
Suvuton lisääntyminen on yksinkertaista ja nopeaa, koska siinä ei tarvita lisääntymiskumppania. Suvuttomasti syntyneet yksilöt kykenevät usein lisääntymään varsin pian.
Lisäksi suvuton lisääntyminen on tehokasta ja varmaa, koska jokainen yksilö voi lisääntyä. Se kuluttaa myös vähän energiaa, koska siinä ei tuoteta sukusoluja.
Kuvassa leivinhiiva lisääntyy suvuttomasti kuroutumalla.
Mitoosin tuotoksena syntyy perimältään samanlaisia soluja, joten jälkeläiset ovat emonsa täydellisiä kopioita. Esimerkiksi hiivat ovat yksisoluisia eliöitä, jotka voivat suvuttomasti lisääntyä mitoosin avulla. Mitoosin seurauksena emosolusta kuroutuu uusia soluja, jotka ovat perimältään samanlaisia kuin emosolu.
Suvuton lisääntyminen on yleistä kasvikunnassa. Esimerkiksi sienet ja sanikkaiset lisääntyvät itiöistä, ja monet kasvit lisääntyvät suvuttomasti rönsyjen, juurivesojen, maavarren, mukuloiden ja sipulien avulla.
Kasvullisella lisääntymisellä tarkoitetaan kasvin lisääntymistä jostakin muusta kasvinosasta kuin siemenestä. Myös alkeelliset eläimet, kuten sienieläimet, pystyvät lisääntymään suvuttomasti. Kehittyneet eläimet ja kasvit (esimerkiksi selkärankaiset ja siemenkasvit) lisääntyvät kuitenkin pääasiassa suvullisesti.
Esimerkiksi mansikka lisääntyy suvuttomasti rönsyjen avulla. Kasvullisella lisääntymisellä tarkoitetaan siis kasvin lisääntymistä jostakin muusta kasvinosasta kuin siemenestä. Mansikat voivat lisääntyä myös mansikan ulkopinnalla sijaitsevien siementen avulla.
Koska suvuton lisääntyminen ei tapahdu sukusolujen avulla, ovat jälkeläiset perinnöllisesti identtisiä emoyksilön kaltaisia. Näin suvuttomassa
lisääntymisessä ei tapahdu muuntelua eli muutoksia DNA:han. Suvuttomassa lisääntymisessä mutaatiot ovat ainoa muuntelun lähde. Jos suvuttomasti syntyneet yksilöt ovat ympäristöönsä hyvin sopeutuneita, perinnöllisen muuntelun puutteesta ei ole haittaa. Jos ympäristö muuttuu epäsopivaksi ja populaation yksilöt ovat perimältään samanlaisia, on riski, ettei yksikään populaation yksilöistä pysty sopeutumaan muuttuvaan ympäristöön.
Suvuton lisääntyminen on yksinkertaista ja nopeaa, koska siinä ei tarvita lisääntymiskumppania. Suvuttomasti syntyneet yksilöt kykenevät usein lisääntymään varsin pian.
Lisäksi suvuton lisääntyminen on tehokasta ja varmaa, koska jokainen yksilö voi lisääntyä. Se kuluttaa myös vähän energiaa, koska siinä ei tuoteta sukusoluja.
Kuvassa leivinhiiva lisääntyy suvuttomasti kuroutumalla.
