Μείωση (βιολογία)
Η μείωσις είναι ένας ειδικός τύπος κυτταρικής διαίρεσης. Σε αντίθεση με τη μίτωση, τον τρόπο με τον οποίο διαιρούνται τα φυσιολογικά κύτταρα του σώματος, η μαιώση οδηγεί σε κύτταρα που έχουν μόνο το μισό από τον συνήθη αριθμό χρωμοσωμάτων, ένα από κάθε ζεύγος. Για το λόγο αυτό, η μαιώση συχνά αποκαλείται μειωτική διαίρεση. Μακροπρόθεσμα, η μαιώση αυξάνει τη γενετική ποικιλομορφία, με τρόπο που θα εξηγηθεί αργότερα.
Η σεξουαλική αναπαραγωγή λαμβάνει χώρα όταν ένα σπερματοζωάριο γονιμοποιεί ένα ωάριο. Τα ωάρια και το σπέρμα είναι ειδικά κύτταρα που ονομάζονται γαμέτες ή κύτταρα του φύλου. Οι γαμέτες είναι απλοειδείς- έχουν μόνο το μισό αριθμό χρωμοσωμάτων από ό,τι ένα φυσιολογικό κύτταρο του σώματος (που ονομάζεται σωματικό κύτταρο). Η γονιμοποίηση επαναφέρει τα χρωμοσώματα στα κύτταρα του σώματος στον διπλοειδή αριθμό.
Ο βασικός αριθμός χρωμοσωμάτων στα κύτταρα του σώματος ενός είδους ονομάζεται σωματικός αριθμός και χαρακτηρίζεται ως 2n. Στον άνθρωπο 2n = 46: έχουμε 46 χρωμοσώματα. Στα κύτταρα του φύλου ο αριθμός των χρωμοσωμάτων είναι n (άνθρωποι: n = 23). Έτσι, στους φυσιολογικούς διπλοειδείς οργανισμούς, τα χρωμοσώματα υπάρχουν σε δύο αντίγραφα, ένα από κάθε γονέα (23x2=46). Μοναδική εξαίρεση αποτελούν τα χρωμοσώματα του φύλου. Στα θηλαστικά, το θηλυκό έχει δύο χρωμοσώματα Χ και το αρσενικό ένα Χ και ένα Υ χρωμόσωμα.
Ο καρυότυπος είναι ο χαρακτηριστικός αριθμός χρωμοσωμάτων ενός ευκαρυωτικού είδους. Η προετοιμασία και η μελέτη των καρυότυπων αποτελεί μέρος της κυτταρογενετικής, της γενετικής των κυττάρων.
Όλοι οι ευκαρυώτες που αναπαράγονται σεξουαλικά χρησιμοποιούν τη μαιώση. Αυτό περιλαμβάνει επίσης πολλούς μονοκύτταρους οργανισμούς. Η μαιώση δεν συμβαίνει στα αρχαία ή τα βακτήρια, τα οποία αναπαράγονται με αγενείς διαδικασίες όπως η δυαδική σχάση.
Η διασταύρωση πραγματοποιείται μεταξύ των χρωματοειδών των ομόλογων χρωμοσωμάτων
Η μαιώση ως μέρος της σεξουαλικής αναπαραγωγής
Η σημασία της γονιμοποίησης
Ο απόγονος λαμβάνει ένα σύνολο χρωμοσωμάτων από κάθε γονέα, έτσι ώστε, συνολικά, η μισή κληρονομικότητα του να προέρχεται από κάθε γονέα. Αλλά τα δύο σύνολα χρωμοσωμάτων δεν είναι πανομοιότυπα με τα γονικά χρωμοσώματα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αλλάζουν κατά τη διάρκεια της μειωτικής διαίρεσης με μια διαδικασία που ονομάζεται διασταύρωση.
Η σημασία της μαιώσεως
Αυτό είναι διττό:
1. Πρώτον, να μειωθούν τα χρωμοσώματα σε κάθε ωάριο ή σπέρμα σε ένα μόνο σύνολο.
Τα δύο χρωμοσώματα σε ένα ζεύγος δεν είναι πανομοιότυπα, επειδή σε κάθε συγκεκριμένο τόπο των χρωμοσωμάτων μπορεί να υπάρχουν διαφορετικά αλληλόμορφα (μορφές του γονιδίου) στα δύο χρωμοσώματα. Σκεφτείτε κάθε ζεύγος χρωμοσωμάτων, ένα σετ από κάθε γονέα. Από κάθε ζεύγος, μόνο ένα μπαίνει σε κάθε γαμέτη. Έτσι, κατ' αρχάς, οι γαμέτες διαφέρουν επειδή από κάθε ζεύγος ο γαμέτης μπορεί να έχει το χρωμόσωμα του πατέρα ή της μητέρας. Αυτό ονομάζεται "ανεξάρτητη διαλογή".
2. Για να επιτραπεί η διασταύρωση μεταξύ κάθε ζεύγους γονικών χρωμοσωμάτων. Η διασταύρωση αλλάζει τα αλληλόμορφα που βρίσκονται σε ένα συγκεκριμένο χρωμόσωμα.
Έτσι, αν και περιγράφονται ως χρωμοσώματα "της μητέρας" και "του πατέρα", στην πράξη τα χρωμοσώματα των γαμετών δεν είναι όλα ίδια με τα χρωμοσώματα των γονέων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κομμάτια χρωμοσωμάτων έχουν ανταλλαγεί κατά τη διαδικασία της μείωσης.
Παρόλο που οι γαμέτες έχουν μόνο ένα σύνολο χρωμοσωμάτων, το σύνολο αυτό είναι ένα ανακατεμένο μείγμα γενετικού υλικού και από τους δύο γονείς. Κάθε μεμονωμένο ωάριο ή σπέρμα μπορεί να έχει διαφορετική επιλογή αλληλόμορφων από τα γονικά χρωμοσώματα.
Όπως και με το ανακάτεμα μιας τράπουλας, πολλοί διαφορετικοί συνδυασμοί γονιδίων μπορούν να παραχθούν χωρίς αλλαγή (μετάλλαξη) σε οποιοδήποτε μεμονωμένο γονίδιο. Ωστόσο, μεταλλάξεις συμβαίνουν και μπορεί να προσθέσουν αλληλόμορφα που δεν υπήρχαν στον πληθυσμό πριν. Σε κάθε περίπτωση, το ανακάτεμα αυξάνει την ποικιλία των απογόνων, και η ποικιλία δίνει σε μερικούς τουλάχιστον από τους απογόνους καλύτερες πιθανότητες επιβίωσης σε δύσκολους καιρούς. Το ανακάτεμα των αλληλόμορφων που λαμβάνει χώρα κατά τη μειόζη μπορεί να είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχει η σεξουαλική αναπαραγωγή.
"Δεν είναι δύσκολο να σκεφτεί κανείς τους λόγους για τους οποίους οι σεξουαλικοί πληθυσμοί θα πρέπει να έχουν μακροπρόθεσμα πλεονεκτήματα έναντι των άφυλων. Μπορούν να εξελίσσονται ταχύτερα για να ανταποκρίνονται στις μεταβαλλόμενες συνθήκες..."
Ειδικές περιπτώσεις
Κυκλική παρθενογένεση
Αρκετά αρκετά μεγάλα taxa (ομάδες οργανισμών) χρησιμοποιούν την κυκλική παρθενογένεση. Αυτό συμβαίνει όταν αρκετές γενιές γεννιούνται με παρθενογένεση και στη συνέχεια εμφανίζεται μια γενιά με κανονική σεξουαλική αναπαραγωγή. Παραδείγματα είναι οι αφίδες και τα κλαδοκέρατα (μικρά καρκινοειδή που ονομάζονται υδρόβια ψύλλοι). Οι αφίδες λειτουργούν συνήθως ως εξής: όταν ο καιρός είναι καλός και οι φυτικοί ξενιστές τους βρίσκονται στην καλύτερη κατάσταση, χρησιμοποιούν παρθενογένεση. Στο τέλος της εποχής, όταν ο καιρός χειροτερεύει, χρησιμοποιούν τη σεξουαλική αναπαραγωγή. Αυτό το σύστημα αναπαραγωγής ονομάζεται απογαμία.
Στην παρθενογένεση, τα ωάρια περιέχουν μόνο το γενετικό υλικό της μητέρας και δεν γονιμοποιούνται. Τα ωοκύτταρα μπορούν να παραχθούν είτε με μειόση είτε με μίτωση. Όταν λαμβάνει χώρα η μαιώση, η διασταύρωση παράγει ένα γενετικό αποτύπωμα που διαφέρει κάπως από αυτό της μητέρας. Έτσι, οι παρθενογενετικοί απόγονοι της πρασινόμυγας δεν είναι πανομοιότυποι και παρουσιάζουν κάποια γενετική ποικιλομορφία: ορισμένα τμήματα χρωμοσωμάτων διαφέρουν λόγω της μείωσης. Η μίτωση θα παρήγαγε πανομοιότυπους απογόνους.
Μεταξύ αυτών των παρθενογενετικών taxa υπάρχει ένας αριθμός ειδών που έχουν εγκαταλείψει εντελώς το φύλο.
Απώλεια της σεξουαλικότητας
Μερικοί ευκαρυωτικοί οργανισμοί έχουν χάσει εντελώς την ικανότητα σεξουαλικής αναπαραγωγής και έτσι δεν έχουν μαιώση. Σε αυτούς περιλαμβάνονται τα Βδελλοειδήσκουλήκια, τα οποία αναπαράγονται μόνο με παρθενογένεση.
Λεπτομέρειες της μαιώσεως
Η μείωσις μπορεί να χωριστεί σε μείωσις Ι και μείωσις ΙΙ.
Μείωσις Ι
Η λειτουργία της πρώτης διαίρεσης είναι να επιτρέπει τη διέλευση. Όπως και η μίτωση, έτσι και η μιούζηση περιλαμβάνει την πρόφαση, τη μετάφαση, την ανάφαση και την τελόφαση.
Προφάση Ι
Τα χρωμοσώματα γίνονται ορατά, το πυρηνικό περίβλημα εξαφανίζεται και τα κεντριόλια (στην κορυφή και στο κάτω μέρος του πυρήνα) αρχίζουν να σχηματίζουν ατρακτοειδείς ίνες που περιβάλλουν τα χρωμοσώματα.
Σε αυτό το στάδιο κάθε χρωμόσωμα χωρίζεται σε δύο αδελφές χρωματοειδείς, οι οποίες συγκρατούνται μεταξύ τους από τα κεντρομερή. Τα ζευγαρωμένα χρωμοσώματα έχουν τώρα τέσσερις χρωματοειδείς (2 σύνολα "αδελφών") πιεσμένες μεταξύ τους. Η διασταύρωση πραγματοποιείται μεταξύ δύο από τα μη αδελφικά χρωματοειδή- τα άλλα δύο παραμένουν μη διασταυρωμένα. Η διασταύρωση έχει ως αποτέλεσμα την ανταλλαγή τμημάτων κάθε μιας από τις συμμετέχουσες χρωματοειδείς, του DNA και της σχετιζόμενης πρωτεΐνης της χρωματίνης. Γενετικά, η διαδικασία ονομάζεται ανασυνδυασμός.
Μεταφάση Ι
Τα χρωμοσώματα παρατάσσονται κατά μήκος του ισημερινού (της κεντρικής γραμμής) των ινών της ατράκτου σε ομόλογα ζεύγη.
Ανάφαση Ι
Τα χρωμοσώματα διαιρούνται έτσι ώστε να υπάρχουν ίσες ποσότητες σε κάθε πλευρά του κυττάρου. Καθώς υπάρχουν 46 χρωμοσώματα σε ένα ανθρώπινο κύτταρο, 23 καταλήγουν σε κάθε πλευρά.
(Λαμβάνει χώρα η κυτταροκίνηση, η διαίρεση των κυττάρων στα δύο. Το κύτταρο διαιρείται.)
Τελόφαση Ι
Τα δύο θυγατρικά κύτταρα διαιρούνται πλήρως, σχηματίζεται ένα νουκλεϊκό περίβλημα και τα χρωμοσώματα γίνονται λιγότερο ορατά. Σε κάθε ένα από αυτά τα κύτταρα υπάρχουν 23 χρωμοσώματα.
Μείωσις II
Τα δύο κύτταρα προετοιμάζονται να διαιρεθούν ξανά σε ένα στάδιο γνωστό ως διακινησία ή μεσοφάση ΙΙ. Και τα δύο αυτά κύτταρα θα περάσουν από τη μειόζη ΙΙ.
Προφάση II
Τα χρωμοσώματα γίνονται ορατά, το πυρηνικό περίβλημα εξαφανίζεται και τα κεντριόλια σχηματίζουν τις ατρακτοειδείς ίνες.
Μεταφάση II
Τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται κατά μήκος της μεσαίας γραμμής στις ατρακτοειδείς ίνες
Ανάφαση ΙΙ
Τα χρωμοσώματα χωρίζονται στα δύο χρωματοειδή τους. Τα χρωματοειδή είναι οι δύο αλυσίδες του DNA (δεοξυριβο-νουκλεϊνικό οξύ) που αποτελούν το χρωμόσωμα. Ενώνονται με μια ενδιάμεση σύνδεση που ονομάζεται κεντρομερίδιο.
(Πραγματοποιείται κυτταροκίνηση. Το κύτταρο διαιρείται.)
Τελόφαση II
Τα κύτταρα είναι πλήρως διαιρεμένα. Το νουκλεϊκό περίβλημα αναμορφώνεται και δημιουργούνται τέσσερα νέα κύτταρα με διαφορετικό DNA.
Στα αρσενικά, και τα τέσσερα κύτταρα γίνονται σπέρμα. Στις γυναίκες, μόνο ένα γίνεται ώριμο ωάριο, ενώ τα υπόλοιπα τρία απορροφώνται εκ νέου από το σώμα.
Γεγονότα που αφορούν τη μαιόση, με χρωμοσωμική διασταύρωση
Προβλήματα
Στους ανθρώπους, υπάρχουν ορισμένες καταστάσεις που προκαλούνται από τη μειοζώση που πηγαίνει στραβά. Παραδείγματα είναι:
- Σύνδρομο Down - τρισωμία του χρωμοσώματος 21
- Σύνδρομο Patau - τρισωμία του χρωμοσώματος 13
- Σύνδρομο Edwards - τρισωμία του χρωμοσώματος 18
- Σύνδρομο Klinefelter - επιπλέον χρωμοσώματα Χ στους άνδρες - π.χ. XXY, XXXY, XXXXY
- Σύνδρομο Turner - έλλειψη ενός χρωμοσώματος Χ στις γυναίκες - δηλαδή ΧΟ
- Σύνδρομο τριπλού Χ - ένα επιπλέον χρωμόσωμα Χ στις γυναίκες
- Σύνδρομο XYY - ένα επιπλέον χρωμόσωμα Υ στους άνδρες
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι η μαιώση;
Α: Η μείωσις είναι ένας τύπος κυτταρικής διαίρεσης που οδηγεί σε κύτταρα με το μισό του φυσιολογικού αριθμού χρωμοσωμάτων, ένα για κάθε ζεύγος. Είναι επίσης γνωστή ως αναγωγική διαίρεση.
Ερ: Πώς αυξάνει η μαιώση τη γενετική ποικιλομορφία;
Α: Η μείωσις αυξάνει τη γενετική ποικιλομορφία με τη δημιουργία νέων συνδυασμών γονιδίων μέσω της διασταύρωσης κατά την πρόφαση Ι και του τυχαίου διαχωρισμού κατά την ανάφαση Ι. Πώς η μείωσις αυξάνει τη γενετική ποικιλομορφία;
Q: Τι είναι τα γεννητικά κύτταρα;
Α: Οι γαμέτες είναι ειδικά κύτταρα που ονομάζονται γεννητικά κύτταρα ή απλοειδή κύτταρα που έχουν μόνο τα μισά χρωμοσώματα από ένα κανονικό κύτταρο του σώματος (που ονομάζεται σωματικό κύτταρο).
Ε: Τι είναι ο αριθμός των σωματικών κυττάρων;
Α: Ο βασικός αριθμός χρωμοσωμάτων στα κύτταρα του σώματος ενός είδους ονομάζεται σωματικός αριθμός και συμβολίζεται με 2n. Στους ανθρώπους, 2n = 46, άρα έχουμε 46 χρωμοσώματα.
Ερ: Πόσα χρωμοσώματα υπάρχουν στους γαμέτες;
Α: Υπάρχουν n χρωμοσώματα στους γαμέτες, τα οποία στον άνθρωπο είναι 23 χρωμοσώματα. Έτσι, στους φυσιολογικούς διπλοειδείς οργανισμούς υπάρχουν δύο αντίγραφα κάθε χρωμοσώματος - ένα από κάθε γονέα (23x2=46). Οι μόνες εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα είναι τα χρωμοσώματα φύλου- στα θηλαστικά, τα θηλυκά έχουν δύο χρωμοσώματα Χ και τα αρσενικά έχουν ένα χρωμόσωμα Χ και ένα χρωμόσωμα Υ.
Ε. Συμβαίνει η μαιώση στα αρχαία ή στα βακτήρια;
Α: Όχι, η μαιώση δεν συμβαίνει στα αρχαία ή τα βακτήρια, αναπαράγονται με απλή κυτταρική διαίρεση.
Ερ: Υπάρχει σεξουαλική αναπαραγωγή μεταξύ μονοκύτταρων οργανισμών;
Α Ναι, η σεξουαλική αναπαραγωγή λαμβάνει χώρα μεταξύ των μονοκύτταρων οργανισμών, καθώς χρησιμοποιούν επίσης τη μειόζη για τη σεξουαλική αναπαραγωγή.
