الأمشاج والتكاثر
يتكاثر الإنسان والعديد من الحيوانات والنباتات، بواسطة التكاثر الجنسي Sexual reproduction فقط. يتضمن التكاثر الجنسي تكوين خلايا جنسية خاصة تسمّى الأمشاج Gametes. تندمج نواتا مشيجَين معًا بعملية تسمّى الإخصاب
Fertilization، وتسمّى الخلية الناتجة من اندماجهما الزيجوت Zygote. ينقسم الزيجوت تكرارًا عن طريق الانقسام المتساوي مكوّنًا كائنًا حيًا عديد الخلايا. بهذه الطريقة تبدأ حياتك وحياة كل إنسان آخر. درست سابقًا أن جزيء DNA الموجود في الكروموسومات يحتوي على التعليمات اللازمة لبناء البروتينات في الخلية. وتحتاج كل خلية إلى مجموعة كاملة من هذه التعليمات. يحتوي كل كروموسوم على جزيء DNA، الذي يحتوي بدوره على الشيفرة اللازمة لبناء الكثير من عديدات الببتيد أو البروتينات المختلفة. ويسمّى جزء DNA الذي يشفر لبروتين أو عديد ببتيد واحد، الجين Gene. ومن المهم عندما تنقسم الخلية أن تحتوي كل خلية جديدة ناتجة على مجموعة كاملة من الجينات. وقد درست في الصف الحادي عشر كيف يتم ذلك
بواسطة الانقسام المتساوي، لكن في التكاثر الجنسي يوجد بعض الاختلاف.
الخلايا أحادية المجموعة الكروموسومية والخلايا ثنائية المجموعة الكروموسومية
توجد مجموعتان كاملتان من الكروموسومات في نوى معظم خلايا الجسم (ما عدا خلايا الدم الحمراء، لأنها لا تحتوي على نواة مطلقًا). تدعى الخلية التي تحتوي على مجموعتَين من الكروموسومات ثنائية المجموعة الكروموسومية Diploid.
المجموعة الواحدة الكاملة من الكروموسومات تحتوي على مجموعة واحدة كاملة من الجينات، وبالتالي على مجموعة واحدة كاملة من التعليمات لتكوين جميع البروتينات التي يحتاج إليها الكائن الحي. وفي الإنسان هناك 23 كروموسومًا في المجموعة الواحدة الكاملة، وبالتالي يوجد 46 كروموسومًا في الخلية ثنائية المجموعة الكروموسومية.
تبيّن الصورة ٢-٢ مجموعتَي الكروموسومات في خلية الإنسان، وقد تمّ تحريك صور الكروموسومات الفردية بحيث تترتّب في أزواج متطابقة، ولكل كروموسوم منها رقم. وتحتوي الكروموسومات التي تحمل الرقم نفسه على الجينات نفسها في المواقع
نفسها، وتسمّى هذه الكروموسومات المتماثلة Homologous chromosomes.
يساهم كل مشيج أثناء التكاثر الجنسي بمجموعة واحدة من الكروموسومات لتكوين الزيجوت. على سبيل المثال، يبدأ الإنسان حياته عند اندماج مجموعة كروموسومات كاملة من الحيوان المنوي من الأب مع مجموعة كروموسومات كاملة من بويضة الأم، أثناء اندماج نواتي المشيجين. لذا من المهم أن تحتوي الأمشاج على مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات. الخلية التي تحتوي على مجموعة واحدة من الكروموسومات تسمّى أحادية المجموعة الكروموسومية Haploid.
يمكن استخدام الحرف (n) للدلالة على عدد الكروموسومات في المجموعة الواحدة. تحتوي الخلية أحادية المجموعة الكروموسومية على العدد (n) من الكروموسومات، وتحتوي الخلية ثنائية المجموعة الكروموسومية على العدد (2n)
من الكروموسومات. يختلف عدد الكروموسومات في المجموعة الكاملة في الأنواع المختلفة. ففي الإنسان 23=n. وفي
البعوض 3 = n، وفي شجرة الأفوكادو 12 = n.
من الضروري أن تكون الأمشاج أحادية المجموعة الكروموسومية، بحيث عند اندماجهما ينتج زيجوت ثنائي المجموعة
الكروموسومية. كما هو مبيّن في الشكل ٢-١.
الانقسام الاختزالي
الانقسام الاختزالي Meiosis، نوع من الانقسام الخلوي الذي يؤدي إلى إنتاج خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية من خلية ثنائية المجموعة الكروموسومية، وهو يستخدم لإنتاج الأمشاج في الإنسان والحيوان والنبات.
يلخص الشكل ٢-٢ أحداث الانقسام الاختزالي. تابع سلسلة الرسوم التخطيطية أثناء قراءتك للوصف في الفقرات الآتية. وتظهر الصورة ٢-٤ سلسلة صور مجهرية ضوئية لأطوار الانقسام الاختزالي في حبوب لقاح لنبات الزنبق. تابع سلسلة الصور هذه أيضًا وراجعها مرارًا لتتعرَّف على كيفية ظهور الانقسام الاختزالي تحت المجهر الضوئي.
يشمل الانقسام الاختزالي انقسامَين خلوبَّين، وليس انقسامًا خلويًا واحدًا كما في الانقسام المتساوي، يُسميان الانقسام الاختزالي الأول | Meiosis والانقسام الاختزالي الثاني اMeiosis l. ويتضمن كل انقسام التتابع نفسه للأطوار كما في الانقسام المتساوي وهي الطور التمهيدي، والطور الاستوائي، والطور الانفصالي، والطور النهائي.
الطور التمهيدي الأول
يبدأ الانقسام الاختزالي بالطور التمهيدي الأول Prophase l وكما في الانقسام المتساوي، عندما تتكثف الكروموسومات وتصبح مرئية. ويكون كل كروموسوم قد تمّ نسخه في الطور S من الطور البيني، ويصبح كل كروموسوم مكوّنًا من كروماتيدَين
((شقيقَين)) متطابقين يرتبطان معًا بواسطة السنترومير. وعلى العكس من الانقسام المتساوي فإن الكروموسومات الآن تصطف وتترتب في أزواج متماثلة على سبيل المثال يصطف الكروموسومان رقم 1 أحدهما بجوار الآخر، ويسمّى كل زوج من الكروموسومات المتماثلة الثنائيات المتكافئة Bivalent.
يكون الكروموسومان في الثنائيات المتكافئة متقاربين جدًا. بحيث يتقاطع الكروماتيدان غير الشقيقَين المتقابلان في
نقطة تقاطع تسمى كيازما Chiasma (جمعها الكيازماتا Chiasmata). يوجد غالبًا كيازما واحدة، ولكن قد توجد أكثر
من كيازما. في كل زوج من الكروموسومات (الصورة ٢-٣ والشكل ٢-٣). تساعد الكيازماتا على بقاء الكروموسومات
مرتبطة معًا في أزواج عند انتقالها عبر الطور الاستوائي الأول. وقد ينكسر جزء من كروماتيد أحد الكروموسومات وينفصل عنه ليرتبط مع الكروماتيد غير الشقيق من الكروموسوم المتماثل الآخر بما يسمّى عملية العبور Crossing over، وستتعرف لاحقًا في هذه الوحدة على أهميته.
ينتقل الجسمان المركزيان إلى قطبي الخلية أثناء الطور التمهيدي الأول، كما في الانقسام المتساوي، ويبدأ تكوين خيوط المغزل من الأنيبيبات الدقيقة، لترتبط بالسنتروميرين في أزواج الكروموسومات المتماثلة، ويتفكك الغلاف النووي وتختفي النوية. لا تحتوي الخلايا النباتية على الأجسام المركزية، ولكن تتشكل خيوط المغزل بطريقة مماثلة (الصورة ٢-٤ (أ)).
الطور الاستوائي الأول
في الطور الاستوائي الأول Metaphase I تتحرك خيوط المغزل المرتبطة بالسنتروميرين باتجاه خط استواء الخلية
(الصورة ٢-٤ (ب))، محركة معها الثنائيات المتكافئة. والكروموسومات المتماثلة لكل ثنائية متكافئة تبقى مترابطة
عند الكيازماتا.
الطور الانفصالي الأول
في الطور الانفصالي الأول Anaphase I تبدأ خيوط المغزل بسحب السنتروميرين لتنفصل أزواج الكروموسومات
المتماثلة في كل ثنائية متكافئة إحداهما من جوار الأخرى وتتباعدان في اتجاهَين متضادّين. يتم سحب الكروموسوم
بأكمله مع السنترومير الذي يستمر بربط كروماتيدي كل كروموسوم أحدهما بالآخر، على خلاف ما يحدث في
الانقسام المتساوي، حيث يتم سحب كروماتيد كل كروموسوم بدل سحب الكروموسوم كاملا (الصورة ٢-٤ (ج)).
الطور النهائي الأول
تكون الكروموسومات في الطور النهائي الأول Telophase l قد وصلت إلى الطرفين المتقابلَين في الخلية المنقسمة.
وتبدأ خيوط المغزل بالتحلل بعد أن أنجزت مهمتها في سحب الكروموسومات إلى قطبَي الخلية. في معظم الخلايا
الحيوانية يتكوّن غلاف نووي حول كل مجموعة من الكروموسومات كما يتم تكوين النوية. وربما لا يحدث هذا في الخلايا
النباتية حيث تنتقل الخلايا إلى المرحلة التالية من الانقسام من دون أن تحدث فيها هذه التغيّرات (الصورة ٢-٤ (د)).
يطلق على جميع التغيّرات السابقة الانقسام المنصف Reduction division. وتحتوي كل خلية جديدة على مجموعة واحدة كاملة من الكروموسومات تتضمّن کروموسومًا واحدًا من كل زوج متماثل. وفي حين كانت الخلية الأصلية ثنائية المجموعة الكروموسومية، مع مجموعتَين من الكروموسومات، تكون الخلايا الجديدة الناتجة أحادية المجموعة الكروموسومية.
انقسام السيتوبلازم
ينقسم السيتوبلازم عادة إلى قسمَين، مكوّنًا خليتَين كاملتَين في كل منهما عدد أحادي من الكروموسومات.
الطور التمهيدي الثاني، والطور الاستوائي الثاني، والطور الانفصالي الثاني، والطور النهائي الثاني
تمرّ بعد ذلك كل خلية ناتجة أحادية المجموعة الكروموسومية تكوّنت حديثًا بانقسام يماثل تقريبًا الانقسام المتساوي
يسمّى الانقسام الاختزالي الثاني. ادرس الشكل ٢-٢ جيدًا لتتذكر تسلسل أحداث أطوار هذا الانقسام في الصورة
٢-٤ التي تبيّن الانقسام الاختزالي الثاني في (هـ، و، ز، ح) والانقسام السيتوبلازمي في (ط). في كل صورة، ما
الخصائص أو الميزات التي يمكنك استخدامها لتحديد كل طور؟
تتمثل النتيجة الإجمالية للانقسام الاختزالي بإنتاج أربع خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية من خلية واحدة
ثنائية المجموعة الكروموسومية. ستلاحظ أن هذه الخلايا ليست متطابقة جينيًا، وعلى الرغم من أن كلا منها تحتوي
على مجموعة كاملة من الكروموسومات التي تحمل الجينات نفسها، إلا أن أليلات هذه الجينات لا تكون بالضرورة هي
نفسها. وستتعرف في الموضوع التالي، أن أحداث الانقسام الاختزالي تؤدي إلى تباين جيني Genetic variation بين
الخلايا الناتجة.
مصطلحات علمية
التكاثر الجنسي Sexual reproduction:
تكاثر يتضمن اندماج الأمشاج بعملية الإخصاب لتكوين الزيجوت.
المشيج Gamete: خلية جنسية.
وهي غالبًا أحادية المجموعة الكروموسومية.
الإخصاب Fertilization:
اندماج نواتي مشيجين لتكوين الزيجوت.
الزيجوت Zygote:
خلية تنتج من اندماج نواتي مشیجین. معظم الزيجوتات ثنائية المجموعة الكروموسومية.
ثنائية المجموعة الكروموسومية Diploid:
الخلايا التي تحتوي على مجموعتين كاملتين من الكروموسومات، ويمكن الإشارة إليها بالرمز (2n).
الكروموسومات المتماثلة : Homologous chromosomes
كروموسومان يحملان الجينات نفسها وفي المواقع نفسها.
أحادية المجموعة الكروموسومية Haploid :
تحتوي على مجموعة واحدة من الكروموسومات، ويمكن الإشارة إليها بالرمز (n).
الانقسام الاختزالي Meiosis :
انقسام خلوي يؤدي إلى إنتاج أربع خلايا جديدة تحتوي نواة كل منها على نصف عدد كروموسومات الخلية الأصلية
وأليلات معاد تنظيمها، ويحدث في الإنسان والحيوان والنبات ويؤدي إلى تكوين الأمشاج.
الثنائيات المتكافئة Bivalent:
كروموسومان متماثلان يصطفان أحدهما بجوار الآخر أثناء الانقسام الاختزالي الأول.
الكيازما Chiasma (جمعها الكيازماتا Chiasmata):
الموضع الذي تتقاطع فيه الكروماتيدات غير الشقيقة من الكروموسومات المتماثلة.
العبور Crossing over:
تبادل الأليلات بين الكروماتيدات غير الشقيقة للكروموسومات المتماثلة أثناء الانقسام الاختزالي الأول.
الانقسام المنصف Reduction division:
انقسام خلوي يؤدي إلى تنصيف في عدد الكروموسومات، الانقسام الاختزالي الأول هو انقسام منصف.
