Mitosi vs. Meiosi: Come le cellule umane si dividono per crescere e riprodursi

Ogni cellula del corpo umano risale a un singolo uovo fecondato, e le istruzioni per trasformare una cellula in trilioni si basano su due tipi distinti di divisione: mitosi e meiosi. L'Istituto Nazionale di Ricerca sul Genoma Umano (NHGRI) e l'Istituto Nazionale di Scienze Mediche Generali (NIGMS) degli U.S. National Institutes of Health descrivono entrambi questi come i due meccanismi fondamentali che le cellule usano per moltiplicarsi o per creare le cellule sessuali necessarie per la riproduzione.

Il ciclo cellulare: dove si inserisce la divisione

Secondo il glossario di genetica dell'NHGRI, una cellula che si divide prima passa attraverso l'interfase, composta da tre fasi: G1, quando la cellula si prepara a dividersi; S, quando duplica l'intero set di DNA (S sta per sintesi del DNA); e G2, quando organizza e condensa il materiale genetico appena copiato. La divisione stessa avviene nella fase M, quando la cellula divide le sue due copie di DNA in due nuove cellule figlie.

Mitosi: copiare esattamente una cellula

La mitosi produce due cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre e l'una all'altra, afferma l'NHGRI. L'NIGMS rileva che questa è la divisione responsabile della crescita ordinaria del corpo e della sostituzione dei tessuti — ad esempio, le cellule della mucosa dello stomaco si auto-riproducono ogni pochi giorni, mentre le cellule del fegato possono impiegare fino a un anno per rigenerarsi.

L'NIGMS elenca sei fasi della mitosi seguenti l'interfase: profase, quando i cromosomi si addensano e si attaccano all'apparato del fuso; prometafase, quando la membrana nucleare si dissolve e il fuso si forma completamente; metafase, quando i cromosomi si allineano al centro della cellula; anafase, quando le cromatidi sorelle si separano e si muovono verso poli opposti; telofase, quando nuovi involucri nucleari si formano intorno a ogni set; e citocinesi, quando la cellula si divide fisicamente in due.

Meiosi: creazione di cellule di uovo e sperma

La meiosi viene utilizzata esclusivamente per produrre gameti — uova e sperma — e funziona diversamente. L'NHGRI spiega che una cellula diploide, che trasporta 46 cromosomi (due set di 23), copia il suo DNA una volta ma poi si divide due volte, producendo quattro cellule figlie aploidi, ciascuna con soli 23 cromosomi. Quando una cellula di sperma e una cellula di uovo si uniscono durante la fecondazione, i loro combinati 23 cromosomi da ogni genitore ripristinano il normale numero diploide di 46.

L'Enciclopedia del Progetto Embrionale dell'Arizona State University descrive la meiosi come verificarsi in due fasi. La meiosi I è la divisione di riduzione, divisa in profase I, metafase I, anafase I e telofase I; è durante la profase I che i cromosomi corrispondenti (omologhi) si appaiano e scambiano segmenti di DNA in un processo chiamato crossing over, che l'NIGMS dice aumenta la diversità genetica. La meiosi II assomiglia quindi alla mitosi, separando le cromatidi sorelle per completare la formazione di quattro cellule aploidi da una singola cellula diploide originale.

Secondo l'Enciclopedia del Progetto Embrionale, lo sviluppo di uova e sperma diverge notevolmente nella tempistica. La spermatogenesi inizia alla pubertà e produce continuamente quattro spermatozoi vitali da ogni cellula iniziale. L'oogenesi, al contrario, inizia prima della nascita ma si ferma in un punto specifico nella profase I fino alla pubertà; quando la divisione riprende, la cellula si divide in modo disuguale, producendo un grande uovo ricco di sostanze nutritive e piccole strutture scartate chiamate corpi polari, quindi risulta un solo gamete utilizzabile per ciclo.

Una breve storia

L'Enciclopedia del Progetto Embrionale attribuisce al biologo Oscar Hertwig la prima descrizione della meiosi a metà degli anni '70 dell'Ottocento utilizzando cellule di ricci di mare. Il biologo evoluzionista August Weismann riconobbe nel 1890 che il processo riduceva il numero di cromosomi della metà, e il genetista Thomas Hunt Morgan dimostrò l'incrocio cromosomiale nel 1911.

Quando la meiosi va storta

Gli errori durante la meiosi possono avere conseguenze mediche. L'Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD) degli Stati Uniti afferma che la sindrome di Down risulta da un errore casuale nella divisione cellulare chiamato non-disgiunzione, in cui una coppia di cromosomi non si separa correttamente — entrambe le copie finiscono in una cellula risultante e nessuna nell'altra. La forma più comune, la trisomia 21 completa, si verifica quando ogni cellula porta tre copie del cromosoma 21 invece di due.

L'NICHD riferisce che nella maggior parte dei casi di trisomia 21 il cromosoma extra proviene dall'uovo della madre, mentre meno del 5% proviene dallo sperma del padre. Una forma separata, la trisomia 21 a mosaico, rappresenta anche meno del 5% dei casi e si verifica quando solo alcune cellule di una persona portano il cromosoma extra. L'NICHD afferma chiaramente che nessun comportamento parentale o fattore ambientale è noto per causare la sindrome di Down, e che la condizione sorge casualmente durante la formazione di uova o sperma.