Mitosis versus Meiosis: Bagaimana Sel-Sel Manusia Membelah untuk Tumbuh dan Berkembang Biak

Setiap sel dalam tubuh manusia dapat dilacak kembali ke satu telur yang dibuahi, dan instruksi untuk mengubah satu sel menjadi triliunan bergantung pada dua jenis pembelahan yang berbeda: mitosis dan meiosis. Institusi Kesehatan Nasional AS, National Human Genome Research Institute (NHGRI) dan National Institute of General Medical Sciences (NIGMS) keduanya menggambarkan ini sebagai dua mekanisme inti yang digunakan sel untuk berkembang biak atau untuk menciptakan sel-sel seks yang dibutuhkan untuk reproduksi.

Siklus Sel: Dimana Pembelahan Cocok

Menurut glosarium genetika NHGRI, sel yang membelah pertama-tama melewati interfase, terdiri dari tiga tahap: G1, ketika sel bersiap untuk membelah; S, ketika sel menduplikasi seluruh set DNA (S singkatan dari sintesis DNA); dan G2, ketika sel mengatur dan memadatkan materi genetik yang baru disalin. Pembelahan itu sendiri terjadi dalam fase M, ketika sel membagi kedua salinan DNA-nya menjadi dua sel anak baru.

Mitosis: Menyalin Sel Secara Tepat

Mitosis menghasilkan dua sel anak yang secara genetis identik dengan sel induk dan satu sama lain, menurut NHGRI. NIGMS mencatat bahwa ini adalah pembelahan yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan tubuh biasa dan penggantian jaringan — sel lapisan lambung, misalnya, mengganti diri mereka sendiri setiap beberapa hari, sementara sel hati dapat memakan waktu hingga satu tahun untuk berganti.

NIGMS mencantumkan enam tahap mitosis mengikuti interfase: profase, ketika kromosom mengembun dan menempel ke aparatus spindel; prometafase, ketika membran nuklir memecah dan spindel sepenuhnya terbentuk; metafase, ketika kromosom sejajar di pusat sel; anafase, ketika kromatid saudara terpisah dan bergerak ke kutub yang berlawanan; telofase, ketika selubung nuklir baru terbentuk di sekitar setiap set; dan sitokinesis, ketika sel secara fisik terpisah menjadi dua.

Meiosis: Membuat Sel Telur dan Sperma

Meiosis digunakan secara eksklusif untuk menghasilkan gamet — telur dan sperma — dan bekerja secara berbeda. NHGRI menjelaskan bahwa sel diploid, yang membawa 46 kromosom (dua set 23), menyalin DNA-nya sekali tetapi kemudian membelah dua kali, menghasilkan empat sel anak haploid, masing-masing dengan hanya 23 kromosom. Ketika sel sperma dan sel telur bersatu saat pembuahan, kromosom gabungan 23 mereka dari setiap orang tua memulihkan jumlah diploid normal 46.

Ensiklopedia Proyek Embrio di Arizona State University menggambarkan meiosis sebagai terjadi dalam dua tahap. Meiosis I adalah pembelahan reduksi, dibagi menjadi profase I, metafase I, anafase I, dan telofase I; selama profase I itulah kromosom yang cocok (homolog) berpasangan dan menukar segmen DNA dalam proses yang disebut crossing over, yang NIGMS katakan meningkatkan keragaman genetik. Meiosis II kemudian menyerupai mitosis, memisahkan kromatid saudara untuk menyelesaikan pembentukan empat sel haploid dari satu sel diploid asli.

Menurut Ensiklopedia Proyek Embrio, perkembangan telur dan sperma divergen secara tajam dalam waktu. Spermatogenesis dimulai pada pubertas dan terus menghasilkan empat sperma yang viable dari setiap sel awal. Oogenesis, sebaliknya, dimulai sebelum lahir tetapi berhenti pada titik tertentu dalam profase I sampai pubertas; ketika pembelahan dilanjutkan, sel terbagi secara tidak merata, menghasilkan satu telur besar yang kaya nutrisi dan struktur kecil yang dibuang yang disebut badan kutub, jadi hanya satu gamet yang dapat digunakan per siklus yang dihasilkan.

Sejarah Singkat

Ensiklopedia Proyek Embrio mengkredit biolog Oscar Hertwig dengan pertama kali menggambarkan meiosis di pertengahan 1870-an menggunakan sel bulu babi laut. Biolog evolusi August Weismann mengakui pada tahun 1890 bahwa proses itu mengurangi jumlah kromosom setengahnya, dan ahli genetika Thomas Hunt Morgan mendemonstrasikan crossing over kromosomal pada tahun 1911.

Ketika Meiosis Salah

Kesalahan selama meiosis dapat memiliki konsekuensi medis. AS Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD) menyatakan bahwa Down syndrome hasil dari kesalahan acak dalam pembelahan sel yang disebut nondisjunction, di mana sepasang kromosom gagal memisah dengan benar — kedua salinan berakhir di satu sel yang dihasilkan dan tidak ada di satu yang lain. Bentuk paling umum, trisomi 21 lengkap, terjadi ketika setiap sel membawa tiga salinan kromosom 21 bukan dua.

NICHD melaporkan bahwa dalam kebanyakan kasus trisomi 21 kromosom tambahan berasal dari telur ibu, sementara kurang dari 5% berasal dari sperma ayah. Bentuk terpisah, trisomi 21 mozaik, juga menyumbang kurang dari 5% kasus dan terjadi ketika hanya beberapa sel seseorang membawa kromosom tambahan. NICHD dengan jelas menyatakan bahwa tidak ada perilaku orang tua atau faktor lingkungan yang diketahui menyebabkan Down syndrome, dan kondisi ini timbul secara acak selama pembentukan telur atau sperma.