ทุกคนรู้ดีว่าด้วยการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ สิ่งมีชีวิตใหม่เกิดขึ้นจากการหลอมรวมของสองเซลล์สืบพันธุ์ (เซลล์เพศ) การสร้างเซลล์สืบพันธุ์หรือการก่อตัวของเซลล์กำเนิดเกิดขึ้นผ่านการแบ่งเฉพาะที่เรียกว่าไมโอซิส สาระสำคัญของกระบวนการนี้คืออะไร ขั้นตอนคืออะไร เราจะบอกในบทความนี้
ความรู้ทั่วไปนิดหน่อย
สำหรับสิ่งมีชีวิตต่างเพศส่วนใหญ่ในโลกของเรา การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเป็นลักษณะเฉพาะ ในกรณีนี้ gametes จะมีชุดโครโมโซมครึ่งหนึ่งซึ่งเรียกว่า haploid (n) อันเป็นผลมาจากการหลอมรวมของ gametes ไซโกตก่อตัวขึ้นซึ่งมีการฟื้นฟูไดพลอยด์และชุดของโครโมโซมถูกกำหนดเป็น 2n ซึ่งเป็นสาระสำคัญของไมโอซิส (สั้น ๆ)
ตัวอย่างเช่น แมลงหวี่ (แมลงวันผลไม้) มีโครโมโซมเพียง 4 อัน - นี่คือชุดดิพลอยด์ gametes ในนิวเคลียสของเธอมีเพียง 2 โครโมโซม ในมนุษย์ ในแต่ละเซลล์ในนิวเคลียสมีโครโมโซม 46 ตัว และในเซลล์สืบพันธุ์ (ไข่และสเปิร์ม) - 23 ตัว
แต่การฟื้นฟูซ้ำระหว่างการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของสาระสำคัญของไมโอซิส
โครโมโซมและโครมาทิด
เพื่อให้เข้าใจเนื้อหาต่อไปนี้ จำเป็นต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างสองสิ่งนี้
โครโมโซม (ใช้ชื่อ n) เรียกว่าพาหะของสารพันธุกรรม แต่เรียกง่ายๆ ว่าโมเลกุลดีเอ็นเอ (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) ทวีคูณเป็นเกลียวและอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอต (มีนิวเคลียสที่มีเปลือกหุ้มเยื่อหุ้มเซลล์) สิ่งมีชีวิต ในรูปแบบที่เราเคยเห็นในหนังสือเรียนและหนังสืออ้างอิง (ภาพด้านบนแสดงโครโมโซมของมนุษย์) จะสังเกตเห็นได้เฉพาะในช่วงระหว่างเฟส ก่อนการแบ่งเซลล์ เมื่อพวกมันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าแล้ว
แต่โครมาทิด (แสดงด้วย) - นี่เป็นเพียงส่วนโครงสร้างของโครโมโซม ซึ่งได้ผ่านขั้นตอนการจำลองแบบ (สองเท่า) ในเฟสก่อนการแบ่งเซลล์แล้ว โครมาทิดเป็นหนึ่งในสองสำเนาของ DNA ที่เชื่อมต่อในขณะนี้ด้วยการรัดแบบพิเศษ (centromere)
ตราบใดที่โครมาทิดสองตัวเชื่อมต่อกันด้วยเซนโทรเมียร์ พวกมันจะถูกเรียกว่าซิสเตอร์โครมาทิด และเฉพาะในช่วงการแบ่งเซลล์ทางเพศ (ไมโอซิส) เท่านั้นที่พวกเขาแยกและเป็นตัวแทนของหน่วยอิสระของสารพันธุกรรม และหากเกิดการข้ามระหว่างพวกเขา (เพิ่มเติมในที่ภายหลัง) พวกเขาก็จะได้รับการเปลี่ยนแปลงในลำดับยีน
โครโมโซมทั้งหมดมีรูปร่างและขนาดต่างกันภายในคู่ที่คล้ายคลึงกัน (เหมือนกัน) โครโมโซมทั้งชุดในเซลล์ของสปีชีส์เดียวกันเรียกว่าคาริโอไทป์ ดังนั้น ในมนุษย์ คาริโอไทป์คือ 46 โครโมโซมโดย 22 คู่เป็นโฮโมโลกัสหรือออโตโซม และ 23 คู่เป็นโครโมโซมเพศ (X และ Y) ในเซลล์สืบพันธุ์ของมนุษย์ (อสุจิและไข่) มีโครโมโซมครึ่งหนึ่ง (เดี่ยว) - 23 ออโตโซมและ 1 โครโมโซมเพศ (X หรือ Y)
เพียงไมโอซิสให้ชุดดังกล่าวใน gametes
การแบ่งเซลล์พิเศษ
การแบ่งเฉพาะที่มีการก่อตัวของเซลล์สืบพันธุ์ - ไมโอซิส (จากคำภาษากรีก Μείωσις ซึ่งหมายถึงการลดลง) คือชุดของการแบ่งเซลล์สองส่วนติดต่อกัน ซึ่งเป็นผลมาจากการที่นิวเคลียสแบ่งสองครั้ง และโครโมโซมเพียงครั้งเดียว. ด้วยเหตุนี้โครโมโซมในเซลล์สืบพันธุ์จึงลดลง (ลดลง) ครึ่งหนึ่งซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะคืนค่าซ้ำของไซโกต นี่คือความสำคัญทางชีวภาพ
ไมโอซิส (ระยะของมัน) ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน:
- ส่วนแรก (รีดิวซ์) หลังจากนั้นจำนวนโครโมโซมจะลดลงครึ่งหนึ่ง
- การหารที่สอง (สมการ) เกิดขึ้นจากการหารแบบง่าย (mitosis) เรียกอีกอย่างว่าการปรับระดับ
ดิวิชั่นแรก
ในระหว่างการเตรียมเซลล์สำหรับการแบ่งตัว (ระหว่างเฟส) ในนิวเคลียส จำนวนโครโมโซมจะเพิ่มเป็นสองเท่า (มี 4 n) ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับเซลล์ที่หารด้วยการหารอย่างง่าย (ไมโทซิส) ในเซลล์ของสารตั้งต้นของ gametes (ในมนุษย์ spermatocytes และ oocytes) การเสแสร้งดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้นในเฟสและเซลล์จะเริ่มไมโอซิสด้วยชุดของโครโมโซม 2n และผ่านไปขั้นตอนต่อไปนี้:
- Prophase I. ในขั้นตอนนี้โครโมโซมจะหนาแน่นขึ้นและอยู่ใกล้กันมากขึ้น การผัน (การยึดเกาะ) ของโครโมโซมที่คล้ายคลึงกัน (หนึ่งคู่) เกิดขึ้นในระหว่างที่มีการข้ามเกิดขึ้น กระบวนการนี้เป็นลักษณะเฉพาะสำหรับไมโอซิสเท่านั้น (เราจะอธิบายสาระสำคัญด้านล่าง) จากนั้นโครโมโซมจะถูกแยกออกจากกัน เปลือกของนิวเคลียสของเซลล์จะถูกทำลาย และแกนของการแบ่งตัวจะเริ่มก่อตัว
- เมตาเฟส I. เส้นใยแกนหมุนยึดติดกับเซนโทรเมียร์ของโครโมโซม และพวกมันเองนั้นตั้งอยู่ตามเส้นศูนย์สูตรที่ตรงข้ามกัน และไม่อยู่ในแนวเดียวกัน (เหมือนในไมโทซิส)
- Anaphase I. เกลียวแกนยืดโครโมโซมไปที่เสา โดยสังเขป ความหมายและสาระสำคัญของไมโอซิสอยู่ในระยะของการแบ่งตัว - ขั้วมี n โครโมโซม
- Telophase I. ในขั้นตอนนี้ ซองจดหมายนิวเคลียร์จะก่อตัวขึ้น ในสัตว์และพืชบางชนิด ไซโตพลาสซึมเกิดการแบ่งตัวเพิ่มเติมและเกิดเซลล์ลูกสาว 2 เซลล์
เซลล์ที่ก่อตัวจะเข้าสู่เฟสซึ่งสั้นมากหรือขาดหายไป
ส่วนที่สอง
ไมโอซิส II มีระยะเดียวกัน:
- โพรเฟส II. โครโมโซมจะหนาแน่นขึ้น เยื่อหุ้มนิวเคลียสหายไป และแกนฟิชชันก็เริ่มปรากฏขึ้น (ภาพด้านบน)
- ในช่วงเมตาเฟส II การก่อตัวของแกนหมุนจะดำเนินต่อไป และโครโมโซมจะตั้งอยู่ตามเส้นศูนย์สูตรหาร
- อนาเฟส 2. โครโมโซมถูกยืดออกไปที่ขั้วของเซลล์ (ภาพด้านล่าง)
- เทโลเฟส II. เกิดเยื่อหุ้มนิวเคลียส ไซโตพลาสซึมถูกแบ่งระหว่างสองเซลล์
ด้วยการแบ่งนี้ จำนวนโครโมโซมไม่เปลี่ยนแปลง แต่แต่ละโครโมโซมประกอบด้วยโครมาทิดเพียงอันเดียว (หน่วยโครงสร้าง) นี่คือสาระสำคัญของไมโอซิส II เซลล์ถูกสร้างขึ้นด้วยชุดโครโมโซมเดี่ยวในแต่ละ (n).
ความสำคัญทางชีวภาพของไมโอซิส
มันกลายเป็นชัดเจนแล้ว:
- ไมโอซิสเป็นกลไกที่สมบูรณ์แบบที่รับประกันความคงตัวของโครโมโซม (จำนวนโครโมโซม) ของสปีชีส์ที่มีอยู่ในการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ
- เนื่องจากการแบ่งไมโอซิสสองส่วนติดต่อกัน จำนวนโครโมโซมใน gametes จะกลายเป็นเดี่ยวและกลายเป็นตรรกะที่จะคืนค่าซ้ำเมื่อรวม (ปฏิสนธิ) กับการก่อตัวของไซโกตที่มีคาริโอไทป์แบบดิพลอยด์ดั้งเดิม
- เป็นไมโอซิสที่ให้คุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตเช่นความแปรปรวน ในการพยากรณ์ I - เนื่องจากการข้าม และใน Anaphase I - เนื่องจากโครโมโซมคล้ายคลึงกันที่มียีนต่างกันสามารถจบลงด้วย gametes ที่แตกต่างกัน
ครอสโอเวอร์คืออะไร
กลับมาพยากรณ์ I ของไมโอซิสกันอีกครั้ง ในขณะนี้ เมื่อโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันเข้ามาใกล้และเกือบจะติดกัน การแลกเปลี่ยนระหว่างพวกมันกับไซต์ใดๆ สามารถเกิดขึ้นได้ นี่คือการแลกเปลี่ยนที่เรียกว่าการข้ามซึ่งแปลตามตัวอักษรจากภาษาอังกฤษ (ข้าม) หมายถึงข้ามหรือข้าม
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ส่วนหนึ่งของโครโมโซมสามารถสลับตำแหน่งกับส่วนเดียวกันของโครโมโซมอื่นจากคู่เดียวกันได้ กลไกนี้ทำให้เกิดความแปรปรวนทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต สับเปลี่ยนยีนนำไปสู่ความหลากหลายทางชีวภาพที่เพิ่มขึ้นภายในสายพันธุ์เดียว
วงจรชีวิตและไมโอซิส
ขึ้นอยู่กับระยะของวงจรชีวิตที่เกิดขึ้น ไมโอซิสในชีววิทยามีสามประเภท:
- เริ่มต้น (ตัวอ่อน) เกิดขึ้นทันทีหลังจากการปฏิสนธิในตัวอ่อน ไมโอซิสประเภทนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับสิ่งมีชีวิตที่มีความโดดเด่นของเฟสเดี่ยวในวงจรชีวิต เหล่านี้คือเชื้อรา (ascomycetes และ basidomycetes), สาหร่ายบางชนิด (chlamydomonas), โปรโตซัว (sporozoa)
- ไมโอซิสขั้นกลาง (สปอร์) เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของสปอร์ในสิ่งมีชีวิตโดยมีการสลับกันของรูปแบบซ้ำและเดี่ยว เหล่านี้คือสปอร์ที่สูงขึ้น (มอส มอสคลับ หางม้า เฟิร์น) gymnosperms และ angiosperms ในบรรดาสัตว์ ไมโอซิสประเภทนี้เป็นลักษณะของโปรโตซัวทะเล foraminifera
- สุดท้าย (gametic) ไมโอซิสมีอยู่ในสัตว์หลายเซลล์ สาหร่ายฟูคัส และโปรโตซัวบางชนิด (ซิลิเอต) ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ เฟสดิพลอยด์มีอิทธิพลเหนือวงจรชีวิต และมีเพียงเซลล์สืบพันธุ์เท่านั้นที่มีชุดโครโมโซมเดี่ยว
สรุป
นักเรียนทำความคุ้นเคยกับสาระสำคัญของไมโอซิสในชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 เมื่อศึกษาโปรโตซัว สาหร่าย และศึกษาต่อด้านชีววิทยาพืช แนวคิดหลักของชีววิทยาทั่วไปและกลไกการก่อตัวของเซลล์สืบพันธุ์ (เซลล์สืบพันธุ์) ช่วยให้เราเข้าใจความธรรมดาของทุกชีวิตบนโลกของเรา เพื่อทำความเข้าใจวงจรชีวิตต่างๆ ของพืชและสัตว์
นอกจากนี้ ไมโอซิสที่เราควรเป็นรู้สึกขอบคุณสำหรับความหลากหลายของสายพันธุ์ทางชีววิทยา Homo sapiens ในระหว่างการศึกษาชีววิทยาในชั้นเรียนต่อๆ ไป นักเรียนจะศึกษาขั้นตอนของการแบ่งแยกทางเพศต่อไป และเมื่อพวกเขาทำความคุ้นเคยกับพันธุกรรม กฎของกรรมพันธุ์และความแปรปรวน
การศึกษากลไกของการแบ่งเซลล์แบบต่างๆ ช่วยให้เราเข้าใจถึงความพิเศษและความได้เปรียบของกฎธรรมชาติ ซึ่งก่อตัวขึ้นเป็นเวลาหลายพันล้านปีของวิวัฒนาการบนดาวเคราะห์ดวงเดียวของระบบสุริยะ และเราโชคดีที่ได้เกิดมา
