有絲分裂 vs. 減數分裂：人類細胞如何分裂以實現生長和繁殖

人類身體中的每個細胞都可追溯到一個受精卵，而將一個細胞轉變為數兆個細胞的指令依賴於兩種不同類型的分裂：有絲分裂和減數分裂。美國國立衛生研究院的國家人類基因組研究所(NHGRI)和國家普通醫學科學研究所(NIGMS)都將這些描述為細胞用來增殖或創造生殖所需性細胞的兩個核心機制。

細胞週期：分裂在何處進行

根據NHGRI的遺傳學詞彙表，分裂中的細胞首先通過間期，由三個階段組成：G1階段，細胞準備分裂；S階段，它複製整個DNA集合(S代表DNA合成)；和G2階段，它組織並濃縮新複製的遺傳物質。分裂本身發生在M期，此時細胞將其兩個DNA副本分成兩個新的子細胞。

有絲分裂：完全複製細胞

根據NHGRI的說法，有絲分裂產生兩個與親細胞和彼此在遺傳上相同的子細胞。NIGMS指出，這是負責普通身體生長和組織更新的分裂——例如，胃內膜細胞每幾天更新一次，而肝臟細胞可能需要一年時間才能更新。

NIGMS列出了間期後有絲分裂的六個階段：前期，當染色體濃縮並附著到紡錘體時；前中期，當核膜破裂並紡錘體完全形成時；中期，當染色體排列在細胞中心時；後期，當姐妹色分體分離並向相反兩極移動時；末期，當新核膜在各套周圍形成時；和胞質分裂，當細胞物理上分成兩個時。

減數分裂：製造卵子和精子細胞

減數分裂專門用於產生配子——卵子和精子——並以不同方式工作。NHGRI解釋說，二倍體細胞含有46條染色體(23條的兩組)，複製其DNA一次，但隨後分裂兩次，產生四個單倍體子細胞，每個只有23條染色體。當精子細胞和卵子細胞在受精時結合時，來自每個親代的23條組合染色體恢復了46的正常二倍體數目。

亞利桑那州立大學的胚胎項目百科全書將減數分裂描述為分兩個階段進行。減數分裂I是還原分裂，分為前期I、中期I、後期I和末期I；正是在前期I期間，相匹配的(同源)染色體配對並在稱為交叉互換的過程中交換DNA片段，NIGMS說這增加了遺傳多樣性。減數分裂II隨後類似於有絲分裂，分離姐妹色分體以完成從一個原始二倍體細胞形成四個單倍體細胞。

根據胚胎項目百科全書，卵子和精子發育在時間上差異很大。精子生成始於青春期，從每個起始細胞中連續產生四個可行精子。相比之下，卵子生成始於出生前，但在前期I的特定點暫停，直到青春期；當分裂恢復時，細胞不均勻分裂，產生一個大的、營養豐富的卵子和小的丟棄結構稱為極體，所以每個週期只產生一個可用的配子。

簡史

胚胎項目百科全書將生物學家奧斯卡·赫特維希(Oscar Hertwig)記為在1870年代中期使用海膽細胞首次描述減數分裂的人。進化生物學家奧古斯特·魏斯曼(August Weismann)在1890年認識到該過程將染色體數目減少了一半，遺傳學家托馬斯·亨特·摩根(Thomas Hunt Morgan)在1911年證明了染色體交叉互換。

當減數分裂出錯時

美國尤尼斯·肯尼迪·施賴弗國家兒童健康和人類發展研究所(NICHD)指出，唐氏綜合症是由稱為不分離的隨機細胞分裂錯誤引起的，其中染色體對無法正確分離——兩個副本最終在一個結果細胞中，在另一個細胞中沒有。最常見的形式是完全三體21，此時每個細胞帶有三個21號染色體副本而不是兩個。

NICHD報告說，在大多數三體21病例中，額外的染色體來自母親的卵子，而少於5%來自父親的精子。另一種形式是嵌合三體21，也佔不到5%的病例，發生在當一個人只有部分細胞帶有額外染色體時。NICHD明確指出，沒有已知的親代行為或環境因素會導致唐氏綜合症，該病症在卵子或精子形成期間隨機出現。