يعلم الجميع أنه مع التكاثر الجنسي ، ينشأ كائن حي جديد نتيجة اندماج اثنين من الأمشاج (الخلايا الجنسية). يحدث التولد الجاموي ، أو تكوين الخلايا التوليدية ، من خلال قسم معين يسمى الانقسام الاختزالي. ما هو جوهر هذه العملية وما هي مراحلها سنقول في هذا المقال
قليلا من المعرفة العامة
بالنسبة لمعظم الكائنات الحية من جنسين مختلفين على كوكبنا ، يعد التكاثر الجنسي سمة مميزة. في هذه الحالة ، تحتوي الأمشاج على نصف مجموعة كروموسوم ، والتي تسمى أحادية العدد (ن). نتيجة اندماج الأمشاج ، يتم تكوين زيجوت ، يتم فيه استعادة ثنائية الصبغيات ، ويتم تعيين مجموعة الكروموسومات 2 ن ، وهو جوهر الانقسام الاختزالي (لفترة وجيزة).
على سبيل المثال ، تحتوي ذبابة الفاكهة (ذبابة الفاكهة) على 4 كروموسومات فقط - هذه مجموعة ثنائية الصبغيات. تحتوي الجاميتات في نواتها على كروموسومين فقط. في البشر ، يوجد في كل خلية في النواة 46 كروموسومًا ، وفي الأمشاج (البويضة والحيوانات المنوية) - 23 لكل منهما.
لكنإن استعادة ثنائية الصبغيات أثناء التكاثر الجنسي ليست سوى جزء صغير مما هو جوهر الانقسام الاختزالي.
كروموسومات وكروماتيدات
لفهم المادة التالية ، من المهم فهم الفرق بين الاثنين.
الكروموسومات (التسمية المستخدمة) تسمى ناقلات المواد الجينية ، ولكن هذه ببساطة هي جزيئات DNA (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) ، تتكاثر بشكل حلزوني وتقع في نواة خلايا حقيقية النواة (لها نواة بغشاء غشائي)) الكائنات الحية. في الشكل الذي اعتدنا على رؤيتها في الكتب المدرسية والكتب المرجعية (الصورة أعلاه تظهر الكروموسومات البشرية) ، فإنها تصبح ملحوظة فقط أثناء الطور البيني ، قبل انقسام الخلية ، عندما تكون قد تضاعفت بالفعل.
لكن الكروماتيدات (يشار إليها بـ) - هذا هو الجزء الهيكلي فقط من الكروموسوم ، الذي مر بالفعل بعملية النسخ المتماثل (المضاعفة) في الطور البيني قبل انقسام الخلية. الكروماتيد هو أحد نسختين من الحمض النووي المرتبطين في هذه اللحظة من خلال انقباض خاص (السنترومير).
طالما تم توصيل اثنين من الكروماتيدات بواسطة centromere ، يطلق عليهم كروماتيدات شقيقة. وفقط أثناء الانقسام الجنسي للخلايا (الانقسام الاختزالي) يفصلون ويمثلون وحدات مستقلة من مادة وراثية ، وإذا حدث عبور بينهم (المزيد عن ذلك لاحقًا) ، فقد خضعوا لتغييرات في تسلسل الجينات.
تختلف جميع الكروموسومات في الشكل والحجم داخل زوج واحد متماثل (متطابق). تسمى المجموعة الكاملة من الكروموسومات في خلايا نفس النوع بالنمط النووي. لذلك ، في البشر ، يكون النمط النووي 46 كروموسومًا ،منها 22 زوجًا متجانسة أو جسمية ، و 23 زوجًا من الكروموسومات الجنسية (X و Y). في الأمشاج البشرية (الحيوانات المنوية والبويضة) هناك نصف مجموعة (أحادية العدد) من الكروموسومات - 23 جسمية وكروموسوم جنسي واحد (X أو Y).
يوفر الانقسام الاختزالي فقط مثل هذه المجموعة في الأمشاج.
انقسام الخلايا الخاص
انقسام محدد مع تكوين الخلايا الجرثومية - الانقسام الاختزالي (من الكلمة اليونانية Μείωσις ، والتي تعني الاختزال) هو مجموعة من انقسامات خلوية متتالية ، ونتيجة لذلك تنقسم النواة مرتين ، والكروموسومات مرة واحدة فقط. نتيجة لهذا ، هناك انخفاض (انخفاض) في الكروموسوم الموجود في الأمشاج بمقدار النصف ، والذي ، عندما يندمجون ، يعيد ثنائية الصبغيات إلى البيضة الملقحة. هذه هي أهميتها البيولوجية.
الانقسام الاختزالي (مراحلها) في جميع الكائنات الحية يحدث بنفس الطريقة:
- القسم الأول (اختزال) وبعدها ينخفض عدد الكروموسومات إلى النصف.
- التقسيم الثاني (المعادل) يحدث كتقسيم بسيط (الانقسام). ويسمى أيضًا التسوية.
التقسيم الانتصافي الأول
أثناء تحضير الخلية للانقسام (الطور البيني) في النواة ، يتضاعف عدد الكروموسومات (يوجد 4 ن) ، وهو أمر نموذجي للخلايا التي تنقسم عن طريق الانقسام البسيط (الانقسام). في خلايا سلائف الأمشاج (في البشر والخلايا المنوية والبويضات) ، لا يحدث هذا المضاعف في الطور البيني ، وتبدأ الخلية في الانقسام الاختزالي بمجموعة من 2n كروموسومات وتمرالخطوات التالية:
- المرحلة الأولى. في هذه المرحلة ، تصبح الكروموسومات أكثر كثافة وأقرب من بعضها البعض. يحدث الاقتران (التصاق) للكروموسومات المتجانسة (زوج واحد) ، حيث يحدث العبور. هذه العملية مميزة فقط للانقسام الاختزالي (ما هو الجوهر ، سنصفه أدناه). ثم يتم فصل الكروموسومات ، ويتم تدمير قشرة نواة الخلية ، ويبدأ مغزل الانقسام في التكون.
- الطور الأول. ترتبط ألياف المغزل بسنتروميرات الكروموسومات ، وهي نفسها تقع على طول خط الاستواء الانقسام مقابل بعضها البعض ، وليس على طول الخط نفسه (كما في الانقسام).
- الطور الأول. تمد خيوط المغزل الكروموسومات إلى القطبين. باختصار ، يكمن معنى وجوهر الانقسام الاختزالي في هذه المرحلة من الانقسام - الأقطاب بها ن كروموسومات.
- Telophase I. في هذه المرحلة ، يتم تشكيل المظاريف النووية. في الحيوانات وبعض النباتات ، يحدث انقسام إضافي للسيتوبلازم وتتكون خليتان ابنتان.
تدخل الخلايا المشكلة في الطور البيني ، والتي تكون إما قصيرة جدًا أو غائبة.
التقسيم الانتصافي الثاني
Meiosis II له نفس المراحل:
- الطور الثاني. تصبح الكروموسومات أكثر كثافة ، وتختفي الأغشية النووية ، ويبدأ مغزل الانشطار بالظهور (الصورة أعلاه).
- خلال الطور الثاني ، يستمر تكوين المغزل ، وتقع الكروموسومات على طول خط الاستواء الانقسام.
- الطور الثاني. تمتد الكروموسومات إلى أقطاب الخلية (الصورة أدناه).
- Telophase II. تتشكل الأغشية النووية ، وينقسم السيتوبلازم بينهماخليتين.
مع هذا التقسيم ، لا يتغير عدد الكروموسومات ، لكن كل منها يتكون من كروماتيد واحد فقط (وحدة هيكلية). هذا هو جوهر الانقسام الاختزالي الثاني. تتشكل الخلايا بمجموعة أحادية الصبغيات من الكروموسومات في كل (ن).
الأهمية البيولوجية للانقسام الاختزالي
ما هو ، لقد أصبح واضحًا بالفعل:
- الانقسام الاختزالي آلية مثالية تضمن ثبات النمط النووي (عدد الكروموسومات) لأحد الأنواع المتأصلة في التكاثر الجنسي.
- بسبب التقسيمين المتتاليين للانقسام الاختزالي ، يصبح عدد الكروموسومات في الأمشاج أحادي العدد ويصبح من المنطقي استعادة ثنائية الصبغية عند دمجها (تخصيبها) مع تكوين البيضة الملقحة مع النمط النووي الأصلي ثنائي الصيغة الصبغية.
- إن الانقسام الاختزالي هو الذي يوفر خاصية الكائنات الحية مثل التباين. في الطور الأول - بسبب العبور ، وفي الطور الأول - نظرًا لحقيقة أن الكروموسومات المتجانسة ذات الجينات المختلفة يمكن أن تنتهي في أمشاج مختلفة.
ما هو كروس
لنعد إلى الطور الأول للانقسام الاختزالي. في هذه اللحظة ، عندما تقترب الكروموسومات المتجانسة وتكاد تلتصق ببعضها البعض ، يمكن أن يحدث التبادل بينها في أي موقع. يسمى هذا التبادل بالعبور ، والذي يُترجم حرفياً من اللغة الإنجليزية (العبور) ويعني العبور أو العبور.
بمعنى آخر ، يمكن لجزء واحد من الكروموسوم تبديل الأماكن مع نفس الجزء من كروموسوم آخر من نفس الزوج. توفر هذه الآلية تنوعًا وراثيًا تأشيبًا للكائنات. خلطتؤدي الجينات إلى زيادة التنوع البيولوجي داخل نوع واحد.
دورة الحياة والانقسام الاختزالي
اعتمادًا على المرحلة التي يحدث فيها الانقسام الاختزالي لدورة الحياة ، هناك ثلاثة أنواع من الانقسام الاختزالي في علم الأحياء:
- الأولي (الزيجوت) يحدث مباشرة بعد الإخصاب في البيضة الملقحة. هذا النوع من الانقسام الاختزالي نموذجي للكائنات الحية مع غلبة المرحلة أحادية الصيغة الصبغية في دورة الحياة. هذه الفطريات (الفطريات الزائدة والفطريات القاعدية) ، بعض الطحالب (الكلاميوموناس) ، البروتوزوا (سبوروزوا).
- يحدث الانقسام الاختزالي الوسيط (البوغ) أثناء تكوين الجراثيم في الكائنات الحية مع تناوب منتظم للأشكال ثنائية الصبغية وأحادية الصيغة الصبغية. هذه هي الأبواغ الأعلى (الطحالب ، الحزازيات ، ذيل الحصان ، السرخس) ، عاريات البذور وكاسيات البذور. بين الحيوانات ، هذا النوع من الانقسام الاختزالي هو سمة من سمات الأوالي البحرية المنخربات.
- الانقسام الاختزالي النهائي (المشيجي) متأصل في جميع الحيوانات متعددة الخلايا ، والأعشاب البحرية fucus وبعض الكائنات الأولية (ciliates). في هذه الكائنات ، تسود المرحلة ثنائية الصبغيات في دورة الحياة ، ولا تحتوي إلا الأمشاج على مجموعة أحادية الصبغيات من الكروموسومات.
تلخيص
يتعرف الطلاب على جوهر الانقسام الاختزالي في الصف السادس عند دراسة الكائنات الأولية والطحالب والانتقال إلى دراسة بيولوجيا النبات. يتيح لنا هذا المفهوم الأساسي للبيولوجيا العامة وآليات تكوين الخلايا الجرثومية (الأمشاج) فهم القواسم المشتركة بين جميع أشكال الحياة على كوكبنا ، لفهم دورات الحياة المختلفة للنباتات والحيوانات.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن نكون الانقسام الاختزالينحن ممتنون للتنوع غير المحدد للأنواع البيولوجية Homo sapiens. أثناء دراسة علم الأحياء في الفصول اللاحقة ، يستمر الطلاب في دراسة مراحل الانقسام الجنسي ، وعندما يتعرفون على علم الوراثة ، قوانين الوراثة والتنوع.
تسمح لنا دراسة آليات الانقسام الخلوي المختلف بفهم تفرد قوانين الطبيعة ومدى ملاءمتها ، والتي تشكلت على مدى مليارات السنين من التطور على كوكب واحد من النظام الشمسي. وكنا محظوظين لأننا ولدنا فيه
