有糸分裂と減数分裂：人間の細胞が成長と生殖のために分裂する方法

人間の体内のすべての細胞は単一の受精卵まで遡り、1つの細胞を数兆個に変えるための指示は2つの異なるタイプの分裂に依存しています：有糸分裂と減数分裂。米国国立衛生研究所の全国人間ゲノム研究所（NHGRI）と全国一般医学科学研究所（NIGMS）は、これらを細胞が増殖するか、生殖に必要な性細胞を作成するために使用する2つの主要なメカニズムとして説明しています。

細胞周期：分裂がどこに適合するか

NHGRIの遺伝学用語集によれば、分裂する細胞は最初に間期を通過し、これは3つの段階で構成されています：G1は細胞が分裂の準備をするとき；S段階は細胞がDNA全体をコピーするとき（SはDNA合成を意味します）；G2は新しくコピーされた遺伝物質を組織して凝縮するときです。分裂自体はM期に起こり、細胞はその2つのDNAコピーを2つの新しい娘細胞に分割します。

有糸分裂：細胞を正確にコピーする

NHGRIによれば、有糸分裂は親細胞と互いに同一の2つの娘細胞を生成します。NIGMSは、これは通常の体成長と組織交換を担当する分裂であることに注意しています。例えば、胃の内壁細胞は数日ごとに自身を交換し、肝細胞は交換に1年かかることがあります。

NIGMSはインターフェーズに続く有糸分裂の6つの段階をリストしています：前期は染色体が凝縮され紡錘体装置に付着するとき；前中期は核膜が分裂し紡錘体が完全に形成されるとき；中期は染色体が細胞の中心に一直線に並ぶとき；後期は姉妹染色分体が分離し反対の極に向かうとき；終期は各セットの周りに新しい核膜が形成されるとき；細胞質分裂は細胞が物理的に2つに分裂するときです。

減数分裂：卵細胞と精子細胞を作成する

減数分裂は配偶子（卵細胞と精子）の産生に限定的に使用され、異なる方法で機能します。NHGRIは、二倍体細胞が46個の染色体（23の2つのセット）を運ぶが、DNA1回コピーしてから2回分裂し、各わずか23個の染色体を持つ4つの半数体娘細胞を生成することを説明しています。受精時に精子細胞と卵細胞が統合するとき、各親からの統合された23の染色体が通常の二倍体数46を復元します。

アリゾナ州立大学の胚プロジェクト百科事典は減数分裂を2つの段階で起こると説明しています。減数分裂Iは還元分裂であり、前期I、中期I、後期I、終期Iに分割されます；一致する（相同）染色体が対になり、DNA領域を交換するプロセス（交叉と呼ばれる）中に起こるのは前期Iの間です。NIGMSは、このプロセスが遺伝的多様性を増加させると述べています。減数分裂IIはその後、有糸分裂に似て、姉妹染色分体を分離し、1つの元の二倍体細胞から4つの半数体細胞の形成を完了します。

胚プロジェクト百科事典によると、卵細胞と精子細胞の発生はタイミングで大きく異なります。精子形成は思春期に開始し、各開始細胞から4つの生存可能な精子を継続的に産生します。一方、卵形成は出生前に開始しますが、前期Iの特定のポイントで一時停止し、思春期まで再開しません；分裂が再開すると、細胞は不均等に分裂し、1つの大きな栄養豊富な卵と極体と呼ばれる小さい破棄される構造を生成するため、1サイクルごとに1つだけの使用可能な配偶子が結果として生じます。

簡潔な歴史

胚プロジェクト百科事典は生物学者オスカル・ハーツヴィッヒを減数分裂を最初に説明したものとして1870年代半ばにウニ細胞を使用して認めています。進化生物学者アウグスト・ワイスマンは1890年にプロセスが半減した染色体数を認識し、遺伝学者トーマス・ハント・モーガンは1911年に染色体交叉を実証しました。

減数分裂がうまくいかないとき

減数分裂中のエラーは医学的な結果を持つことができます。米国ユーニス・ケネディ・シライバー全国児童保健・人間開発研究所（NICHD）は、ダウン症が非分離と呼ばれるセル分裂のランダムエラーに由来することを述べています。これは染色体ペアが適切に分離できず、両方のコピーが1つの結果細胞に終わり、もう一方には何もありません。最も一般的な形式である完全三染色体21は、すべてのセルが2つではなく染色体21の3つのコピーを運ぶときに起こります。

NICHDは、ほとんどの三染色体21の場合、追加の染色体は母親の卵から来ると報告し、父親の精子から発生するのは5％未満です。別の形式のモザイク三染色体21は、ケースの5％未満も占め、人の細胞のほんの一部だけが追加の染色体を運ぶときに起こります。NICHDはダウン症が親の行動や環境因子によって引き起こされることが知られていないとはっきり述べており、条件は卵または精子の形成中にランダムに発生します。