Hvordan Meiosis driver genetisk mangfoldighed:Nøgletrin og mekanismer

Af Kevin Beck Opdateret 30. august 2022

Prokaryote organismer såsom bakterier er encellede, men alligevel formerer de sig effektivt gennem binær fission og producerer identiske datterceller. I modsætning hertil indeholder eukaryote celler langt mere DNA – menneskelige somatiske celler bærer 46 kromosomer i en membranbundet kerne – og de deler sig typisk ved mitose, hvilket også giver genetisk identiske afkom.

Gameter, de reproduktive celler, der produceres i kønskirtlerne (æggestokke og testikler), er dannet af en særskilt delingsproces kaldet meiose. Mens meiose deler mange funktioner med mitose, introducerer den to kritiske mekanismer - rekombination (overkrydsning) og uafhængig sortiment - der genererer genetisk diversitet. Uden disse trin ville meiose ikke bidrage til variation blandt individer.

Hvordan Meiose forbedrer genetisk mangfoldighed

Når vi spørger, hvordan meiose skaber genetisk diversitet, spørger vi virkelig, hvilke stadier af processen der introducerer variation i kønscellerne. To faser - profase I og metafase II - er især vigtige for at frembringe de forskelle, vi observerer.

Recap:Mitose hos eukaryoter

Mitose består af fire faser:profase, metafase, anafase og telofase. Efter DNA-replikation har en menneskelig celle 46 søsterkromatider. Under profase kondenserer kromatiderne; i metafase stiller de op ved cellens ækvator; anafase trækker kromatiderne fra hinanden; og telofase reformerer to kerner efterfulgt af cytokinese for at skabe to identiske datterceller.

Meiose:To faser, fire faser hver

Meiose er opdelt i meiosisI og meiosisII, der hver afspejler de fire mitotiske stadier. I profase I, i stedet for 46 par søsterkromatider, parrer de 23 homologe kromosompar (et fra hver forælder) sig og danner tetrader - en gruppe på fire kromatider. Denne parring er det første hint om, hvordan meiose adskiller sig fra mitose.

Under metafase I stiller tetraderne sig tilfældigt op ad spindlen. I anafase I adskilles de homologe kromosomer (forældreparrene), men hvert kromosom indeholder stadig to søsterkromatider. TelophaseI og cytokinese opdeler cellen i to haploide celler, hver med 23 kromosomer.

Hver af disse to celler går derefter ind i meiosis II, en proces, der ligner en enkelt runde af mitose. Resultatet er fire haploide kønsceller, der hver bærer 23 kromosomer i stedet for de 46, der findes i somatiske celler.

Kryds over (rekombination)

Overkrydsning sker under profase I, når homologe kromosomer fysisk udveksler DNA-segmenter. Denne "bytning" af genetisk materiale betyder, at når kromosomerne adskilles i anaphaseI, er de resulterende kromatider ikke identiske med deres originale. Rekombination blander alleler og skaber nye kombinationer, der øger diversiteten.

Uafhængigt sortiment

Uafhængigt sortiment refererer til den tilfældige orientering af tetrader under metafase I. Hvert kromosompar har lige stor chance for at justere på begge sider af spindlen, hvilket betyder, at segregeringen af kromosomer til gameter er stokastisk. Med 23 par er der 2^23 eller 8,4 millioner mulige gametkombinationer alene fra denne mekanisme.

Kombineret med variationen introduceret af rekombination, sikrer meiose, at ikke to gameter er identiske – undtagen i det sjældne tilfælde med enæggede tvillinger – hvilket fremhæver den bemærkelsesværdige genetiske mangfoldighed, der produceres af seksuel reproduktion.