الانقسام الفتيلي مقابل الانقسام الاختزالي: كيفية انقسام خلايا جسم الإنسان للنمو والتكاثر

كل خلية في جسم الإنسان يمكن تتبعها إلى بيضة مخصبة واحدة، والتعليمات اللازمة لتحويل خلية واحدة إلى تريليونات تعتمد على نوعين مختلفين من الانقسام: الانقسام الفتيلي والانقسام الاختزالي. يصف معهد الصحة الوطني بالمعاهد الوطنية الأمريكية للصحة (NHGRI) ومعهد العلوم الطبية العامة الوطني (NIGMS) كلاهما هذين باعتبارهما آليات أساسية تستخدمها الخلايا للتكاثر أو لإنشاء خلايا الجنس المطلوبة للتكاثر.

دورة الخلية: حيث يناسب الانقسام

وفقاً لقاموس الوراثة الجينية NHGRI، تمر الخلية المنقسمة أولاً عبر المرحلة البينية، المكونة من ثلاث مراحل: G1، عندما تستعد الخلية للانقسام؛ وS، عندما تنسخ مجموعتها الكاملة من الحمض النووي (S تشير إلى تركيب الحمض النووي)؛ و G2، عندما تنظم وتكثف المادة الوراثية المنسوخة حديثاً. يحدث الانقسام نفسه في مرحلة M، عندما تقسم الخلية نسختيها من الحمض النووي إلى خليتين ابنتيتين جديدتين.

الانقسام الفتيلي: نسخ الخلية بدقة

ينتج الانقسام الفتيلي خليتين ابنتيتين متطابقتين وراثياً للخلية الأم وبعضهما البعض، كما تنص عليه NHGRI. تلاحظ NIGMS أن هذا هو الانقسام المسؤول عن النمو الطبيعي للجسم واستبدال الأنسجة - خلايا بطانة المعدة، على سبيل المثال، تستبدل نفسها كل بضعة أيام، بينما يمكن لخلايا الكبد أن تستغرق سنة كاملة للتحول.

تحدد NIGMS ست مراحل من الانقسام الفتيلي بعد المرحلة البينية: الطور الأول، عندما تتكثف الكروموسومات وتلتصق بجهاز المغزل؛ الطور الوسيط، عندما يتحلل الغلاف النووي ويتشكل المغزل بالكامل؛ طور الاستواء، عندما تصطف الكروموسومات في مركز الخلية؛ الطور الانفصالي، عندما تنفصل الكروماتيدات الشقيقة وتتحرك نحو القطبين المتقابلين؛ الطور النهائي، عندما تتشكل أغلفة نووية جديدة حول كل مجموعة؛ والانقسام السيتوبلازمي، عندما تنقسم الخلية فعلياً إلى اثنتين.

الانقسام الاختزالي: صنع خلايا البيض والحيوانات المنوية

يُستخدم الانقسام الاختزالي حصراً لإنتاج الأمشاج - البيض والحيوانات المنوية - ويعمل بشكل مختلف. توضح NHGRI أن الخلية ثنائية الصيغة الصبغية، التي تحمل 46 كروموسوم (مجموعتان من 23)، تنسخ حمضها النووي مرة واحدة ثم تنقسم مرتين، مما ينتج أربع خلايا ابنة أحادية الصيغة الصبغية، كل واحدة بـ 23 كروموسوم فقط. عندما تتحد خلية الحيوان المنوي وخلية البيض عند الإخصاب، تستعيد الـ 23 كروموسوم المدمجة من كل والد العدد الطبيعي ثنائي الصيغة الصبغية من 46.

يصف موسوعة مشروع الجنين بجامعة ولاية أريزونا الانقسام الاختزالي بأنه يحدث على مرحلتين. الانقسام الاختزالي الأول هو انقسام الاختزال، مقسم إلى طور التمهيد الأول، طور الاستواء الأول، الطور الانفصالي الأول، والطور النهائي الأول؛ يحدث أثناء طور التمهيد الأول أن الكروموسومات المتطابقة (المتماثلة) تتزاوج وتتبادل أجزاء من الحمض النووي في عملية تسمى العبور، وهي عملية تقول NIGMS أنها تزيد من التنوع الوراثي. يشبه الانقسام الاختزالي الثاني الانقسام الفتيلي بعد ذلك، مما يفصل الكروماتيدات الشقيقة لإكمال تكوين أربع خلايا أحادية الصيغة الصبغية من خلية أصلية واحدة ثنائية الصيغة الصبغية.

وفقاً لموسوعة مشروع الجنين، يختلف نمو خلايا البيض والحيوانات المنوية بشكل حاد في التوقيت. يبدأ تكوين الحيوانات المنوية عند البلوغ وينتج بشكل مستمر أربع حيوانات منوية قابلة للحياة من كل خلية بداية. تكوين البويضات، في المقابل، يبدأ قبل الولادة لكنه يتوقف عند نقطة محددة في طور التمهيد الأول حتى البلوغ؛ عندما يستأنف الانقسام، تنقسم الخلية بشكل غير متساوٍ، مما ينتج بيضة واحدة كبيرة غنية بالمغذيات وهياكل صغيرة مطرودة تسمى الأجسام القطبية، وبالتالي ينتج عن ذلك مشيج واحد فقط قابل للاستخدام لكل دورة.

نبذة تاريخية

تنسب موسوعة مشروع الجنين الفضل إلى عالم الأحياء أوسكار هيرتويج بأنه أول من وصف الانقسام الاختزالي في منتصف سبعينيات القرن التاسع عشر باستخدام خلايا قنفذ البحر. اعترف عالم الأحياء التطوري أوغسطس وايسمان في عام 1890 بأن العملية قللت عدد الكروموسومات بمقدار النصف، وأثبت عالم الوراثة توماس هانت مورغان العبور الكروموسومي في عام 1911.

عندما يحدث خطأ في الانقسام الاختزالي

يمكن لأخطاء الانقسام الاختزالي أن يكون لها عواقب طبية. تنص معهد Eunice Kennedy Shriver الوطني لصحة الطفولة والتطور البشري (NICHD) بالمعاهد الوطنية الأمريكية للصحة على أن متلازمة داون تنتج عن خطأ عشوائي في انقسام الخلايا يسمى عدم الانفصال، حيث يفشل زوج من الكروموسومات في الانفصال بشكل صحيح - تنتهي كلا النسختين في خلية واحدة ولا يوجد شيء في الأخرى. الشكل الأكثر شيوعاً، الثلاثية الكاملة 21، يحدث عندما تحمل كل خلية ثلاث نسخ من الكروموسوم 21 بدلاً من نسختين.

تفيد NICHD أنه في معظم حالات الثلاثية 21 يأتي الكروموسوم الإضافي من بيضة الأم، بينما يأتي أقل من 5% من الحيوان المنوي للأب. شكل منفصل، الثلاثية الفسيفسائية 21، يمثل أيضاً أقل من 5% من الحالات ويحدث عندما تحمل فقط بعض خلايا الشخص الكروموسوم الإضافي. تنص NICHD بوضوح على أنه لم يُعرف أي سلوك والدي أو عامل بيئي يسبب متلازمة داون، وأن الحالة تنشأ بشكل عشوائي أثناء تكوين البيض أو الحيوانات المنوية.