Профаза I. Во время профазы I, самой длительной по времени, хромосомы спирализуются, гомологичные хромосомы сближаются, образуют пары (биваленты). Каждая пара гомологичных хромосом состоит из четырех хроматид (одна хромосома образована двумя хроматидами). Сближение гомологичных хромосом и их попарное соединение называется конъюгация (лат. conjugatio – соединение). Движение и спирализация хромосом приводит к тому, что хроматиды гомологичных хромосом переплетаются, образуются перекресты – хиазмы, происходит обмен генетическим материалом между хроматидами гомологичных хромосом – кроссинговер (первый эффект мейоза), в результате чего возникает новая комбинация генов в данных хроматидах. Конъюгация и кроссинговер – важнейшие генетические процессы, связанные с комбинативным изменением наследственных свойств организма.

Характерной особенностью профазы I мейоза, в отличие от митоза, является то, что, несмотря на частичную конденсацию, хромосомы не перестают синтезировать РНК. Особенно интенсивно процесс транскрипции идет при формировании женских половых клеток. У некоторых видов в ядрах созревающих женских половых клеток можно отчетливо видеть хромосомы с отходящими от них деконденсированными петлями хроматина, на которых идет транскрипция РНК.

Профаза I заканчивается исчезновением ядерной оболочки и ядрышка, формированием веретена деления.

Метафаза I. В метафазе I конъюгированные хромосомы располагаются на нитях веретена деления по экватору таким образом, что центромеры гомологичных хромосом обращены к разным полюсам клетки.

Она отличается от метафазы митоза, во-первых, тем, что в нее вступают не одиночные, а объединенные попарно хромосомы, т.е. биваленты. Количество бивалентов соответствует гаплоидному числу хромосом. Во-вторых, центромерные районы каждой хромосомы, в отличие от метафазы митоза, способны взаимодействовать с нитями веретена только от одного полюса. Таким образом, центромерные районы составляющих бивалент хромосом оказываются соединенными с разными полюсами. При выстраивании в центре клетки биваленты движутся независимо друг от друга. Поэтому отцовские и материнские по происхождению хромосомы оказываются ориентированными по отношению к полюсам произвольным образом. Количество возможных вариантов ориентации зависит от числа хромосом в гаплоидном наборе. У дрозофилы (гаплоидное число хромосом – 4) их будет 2³ = 8, у человека – 2²². Следовательно, количество вариантов гамет, которое обеспечивается свободным перекомбинированием хромосом, составит 16 у дрозофилы и 2²³ у человека.

Анафаза I. В анафазе I гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, расходятся к полюсам клетки. На каждом полюсе собирается половинное число (гаплоидный набор) хромосом. Комбинирование у полюсов хромосом из разных гомологичных пар, т.е. негомологичных хромосом, оказывается случайным и приводит к возникновению разных комбинаций генетического материала у полюсов клетки (второй эффект мейоза).

Во время профазы I, метафазы I и анафазы I формула клетки не меняется – 2n4с.

Телофаза I. В короткой по продолжительности телофазе I восстанавливаются ядерная оболочка и ядрышко, после чего материнская клетка делится на две дочерние. Из одной диплоидной клетки образуются две гаплоидные клетки, каждая с двойным набором хроматид (n2с). Эти клетки отличаются друг от друга по наборам генов, а от материнской клетки – по наборам генов и количеству хромосом.

Таким образом, во время первого деления мейоза происходит редукция (уменьшение) в два раза числа хромосом в дочерних клетках и рекомбинация генетического материала (возникают новые комбинации генов). В период между первым и вторым делениями мейоза в отличие от обычной интерфазы репродукции хромосом не происходит.