میتوز درمقابل مئیوز: چگونگی تقسیم سلول های بدن انسان برای رشد و تکثیر

هر سلول در بدن انسان را می توان به یک تخم مخصب واحد ردیابی کرد، و دستورالعمل های لازم برای تبدیل یک سلول به تریلیون ها، بر دو نوع متفاوت از تقسیم متکی است: میتوز و مئیوز. موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسان (NHGRI) و معهد ملی علوم پزشکی عمومی (NIGMS) هر دو اینها را به عنوان دو مکانیزم اساسی توصیف می کنند که سلول ها برای تکثیر یا برای ایجاد سلول های جنسی مورد نیاز برای تولید مثل استفاده می کنند.

چرخه سلول: جایی که تقسیم مناسب است

طبق واژه نامه ژنتیکی NHGRI، یک سلول در حال تقسیم ابتدا از طریق بین فاز می گذرد، متشکل از سه مرحله: G1، زمانی که سلول برای تقسیم آماده می شود؛ S، زمانی که کل مجموعه DNA خود را تکرار می کند (S مخفف ترکیب DNA است)؛ و G2، زمانی که ماده ژنتیکی تازه کپی شده را سازماندهی و متراکم می کند. تقسیم خود در فاز M اتفاق می افتد، زمانی که سلول دو نسخه DNA خود را به دو سلول دختری جدید تقسیم می کند.

میتوز: کپی کردن دقیق یک سلول

میتوز دو سلول دختری تولید می کند که از نظر ژنتیکی با سلول پدری و یکدیگر یکسان هستند، همانطور که NHGRI بیان می کند. NIGMS توجه می دهد که این تقسیمی است که مسئول رشد معمولی بدن و جایگزینی بافت است - مثلاً سلول های پوشش معده خود را هر چند روز جایگزین می کنند، در حالی که سلول های کبد می توانند تا یک سال برای تعویض نیاز داشته باشند.

NIGMS شش مرحله از میتوز را بعد از بین فاز فهرست می کند: پیش فاز، زمانی که کروموزوم ها متراکم می شوند و به دستگاه ریسمانی متصل می شوند؛ متافاز قبلی، زمانی که غشای هسته ای شکسته می شود و ریسمان به طور کامل تشکیل می شود؛ متافاز، زمانی که کروموزوم ها در مرکز سلول ردیف می شوند؛ آنافاز، زمانی که کروماتیدهای خواهر و برادر جدا می شوند و به سمت قطب های مقابل حرکت می کنند؛ تلوفاز، زمانی که غشاهای هسته ای جدیدی حول هر مجموعه تشکیل می شوند؛ و سیتوکینزیس، زمانی که سلول به صورت فیزیکی به دو نیم شکافته می شود.

مئیوز: ساخت سلول های تخم و اسپرم

مئیوز به طور انحصاری برای تولید گامت - تخم و اسپرم - استفاده می شود و متفاوت کار می کند. NHGRI توضیح می دهد که سلول دیپلوئید، که 46 کروموزوم را حمل می کند (دو مجموعه از 23)، DNA خود را یک بار کپی می کند اما سپس دو بار تقسیم می شود و چهار سلول دختری هاپلوئید را تولید می کند، هر کدام تنها 23 کروموزوم دارند. هنگامی که سلول اسپرم و سلول تخم در بارداری متحد می شوند، 23 کروموزوم ترکیب شده از هر والد تعداد دیپلوئید نرمال 46 را بازیابی می کند.

دایره المعارف پروژه جنین در دانشگاه ایالتی آریزونا مئیوز را به عنوان بروز در دو مرحله توصیف می کند. مئیوز I تقسیم کاهشی است، تقسیم شده به پیش فاز I، متافاز I، آنافاز I، و تلوفاز I؛ این در پیش فاز I است که کروموزوم های متناظر (همولوگ) جفت می شوند و بخش های DNA را در فرایندی به نام عبور تبادل می کنند، که NIGMS می گوید تنوع ژنتیکی را افزایش می دهد. مئیوز II سپس شبیه میتوز است، جدا کردن کروماتیدهای خواهر و برادر برای تکمیل تشکیل چهار سلول هاپلوئید از یک سلول دیپلوئید اصلی.

طبق دایره المعارف پروژه جنین، توسعه سلول های تخم و اسپرم به شدت در زمان متفاوت است. اسپرماتوژنز در بلوغ شروع می شود و به طور مداوم چهار اسپرم قابل حیات از هر سلول شروع تولید می کند. اووژنز، در مقابل، قبل از تولد شروع می شود اما در یک نقطه خاص در پیش فاز I تا بلوغ متوقف می شود؛ هنگامی که تقسیم دوباره آغاز می شود، سلول به طور نابرابر تقسیم می شود، یک تخم بزرگ سرشار از مواد مغذی و ساختارهای کوچک دور ریخته شده به نام اجسام قطبی را تولید می کند، بنابراین فقط یک گامت قابل استفاده در هر چرخه حاصل می شود.

یک تاریخچه مختصر

دایره المعارف پروژه جنین اعتبار را به زیست شناس اسکار هرتویگ نسبت می دهد که اولین بار مئیوز را در اواسط دهه 1870 با استفاده از سلول های خاردار دریا توصیف کرد. زیست شناس تکاملی آگوست وایسمن در سال 1890 تشخیص داد که این فرایند تعداد کروموزوم را به نصف کاهش می دهد، و ژنتیک توماس هانت مورگن در سال 1911 عبور کروموزومی را نشان داد.

هنگامی که مئیوز اشتباه می رود

خطاهایی در طول مئیوز می تواند عواقب پزشکی داشته باشد. موسسه ملی اوونیس کندی شریور برای سلامت کودکان و توسعه انسانی (NICHD) از موسسه های ملی بهداشت ایالات متحده بیان می کند که متلازمه داون از یک خطای تصادفی در تقسیم سلول به نام عدم جدایی ناشی می شود، که در آن یک جفت کروموزوم به درستی جدا نمی شود - هر دو نسخه در یک سلول حاصل به پایان می رسند و هیچ چیز در دیگری نیست. شکل بیشتر شایع، تریزومی کامل 21، زمانی رخ می دهد که هر سلول به جای دو، سه نسخه کروموزوم 21 را حمل کند.

NICHD گزارش می دهد که در بیشتر موارد تریزومی 21 کروموزوم اضافی از تخم مادر می آید، در حالی که کمتر از 5% از اسپرم پدر ناشی می شود. یک شکل جداگانه، تریزومی موزائیک 21، همچنین کمتر از 5% از موارد را تشکیل می دهد و زمانی رخ می دهد که فقط برخی از سلول های شخص کروموزوم اضافی را حمل کنند. NICHD صریحاً بیان می کند که هیچ رفتار والدینی یا عامل محیطی شناخته شده برای ایجاد متلازمه داون وجود ندارد، و اینکه این شرایط به طور تصادفی در طول تشکیل تخم یا اسپرم بوجود می آید.