تبادل الكروموسوم: ما هو وكيف يعمل

الوراثة هي أساس التطور. تحدث التغييرات في جينات الكائنات الحية عن طريق الطفرات العشوائية ، ولكن إذا كانت هذه الجينات موروثة من الآباء إلى الأطفال ، فمن المحتمل أن ينتهي بهم الأمر إلى الاستقرار في مجموعة من نوع معين. على سبيل المثال ، إذا أدت طفرة جينية في الحمض النووي إلى ترميز لون أكثر وضوحًا في ذكور أ أنواع معينة ، قد تتكاثر بسهولة أكبر ، وتنقل جيناتها إلى المستقبل أجيال.

بعض الطفرات محايدة ، والبعض الآخر ضار ، والأقلية إيجابية. في المثال الذي عرضناه لكم ، صفة إيجابية جديدة تنتهي بـ "تثبيت" نفسها في النوع ، منذ ذلك الحين أن أولئك الذين يقدمونها لديهم المزيد من الأطفال ، وبالتالي ينشرون جيناتهم بشكل كبير مع كل منهم جيل. بشكل عام ، أخبرناك للتو عن الآليات التطورية عن طريق الانتقاء الطبيعي.

على أي حال ، ليس كل شيء بهذه البساطة في عالم علم الوراثة. عندما يتم إنتاج الأمشاج الجنسية التي تؤدي إلى ظهور البيضة الملقحة ، فإن نصف المعلومات تأتي من الأم والآخر من الأب ، لكننا لا نتحدث دائمًا عن النسخ الجينية الدقيقة. قابلنا آلية تبادل الكروموسوم، لأنه ، إلى جانب الطفرات المذكورة أعلاه ، يمثل أحد أكثر القواعد الحديدية للعمليات التطورية في البيئة الطبيعية.

• مقالات لها صلة: "الكروموسومات: ما هي وخصائصها وعملها"

الكروموسومات والجنس

قبل الغوص بشكل كامل في عالم تباديل الكروموسومات ، من الضروري أن تفهم بعض القواعد الجينية التي تعتبر من المسلمات في نظرية الكروموسوم. جميع الخلايا الجسدية ، تلك التي تؤدي إلى ظهور أنسجتنا (الخلايا العصبية ، والخلايا الشحمية ، والخلايا الظهارية ، والخلايا الأحادية ، وخلايا طويلة جدًا الخ) قسّم على الانقسام إذا كانت لديهم القدرة ، أي أنها تؤدي إلى 2 نفس الخلايا تمامًا حيث كان هناك خلية واحدة من قبل أبوي.

في هذه الحالة، تتكرر المعلومات الجينية ، لكنها تظل دون تغيير في خط الخلية. هذه الخلايا ثنائية الصبغيات ، أو ما هو نفسه ، فهي تحتوي على 23 زوجًا من الكروموسومات (22 زوجًا وراثيًا ، أحدهما جنسي) ، يأتي أحدهما من الأم والآخر من الأب. وهكذا ، تحتوي كل خلية من خلايانا على إجمالي 46 كروموسومًا.

الخلايا الجنسية (البويضات والحيوانات المنوية) هي عالم مختلف تمامًا. هذه تحتاج إلى نصف المعلومات الجينية للخلايا الجسدية ، لأنها سوف تتحد مع مشيج آخر لتكوين زيجوت قابل للحياة. إذا كانت البويضات وخلايا الحيوانات المنوية تحتوي على نفس الكروموسومات الموجودة في خلايا الجسم ، فعندما تلتقي معًا ستنتج جنينًا به 92 كروموسومًا (46 × 2) ، أليس كذلك؟

لحل هذه المشكلة هو الانقسام الاختزالي. في هذه العملية ، على عكس الانقسام ، يتم إنشاء 4 خلايا أحادية العدد (مع 23 كروموسومًا فقط) من ثنائي الصبغيات ، والتي نتذكر أنها تحتوي على إجمالي 46. وهكذا ، عندما يندمج اثنان من الأمشاج أحادي الصيغة الصبغية ، يتم إنشاء خط جرثومي ثنائي الصبغة ، والذي يحدد كل خلية في جسمنا.

ما هو مبادلة الكروموسوم؟

قد تتساءل ما الذي أدى إلى مثل هذه المقدمة الطويلة ، لكنها كانت ضرورية ، لأن تبديل الكروموسوم ، جنبًا إلى جنب مع العبور أو العبور ، يتم إنتاجه داخل خلية أثناء الانقسام الاختزالي (بشكل أكثر تحديدًا ، في الطور الأولي والطور الفوقي) ، مما يتيح التكاثر الجنسي من خلال الآلية الموجودة بالفعل وصفها.

لهذا السبب، يمكن تعريف التقليب الصبغي بأنه العملية التي يتم من خلالها توزيع الكروموسومات بشكل عشوائي. الكروموسومات بين الخلايا الجنسية المفردة الصبغية (ن) الناتجة عن انقسام خلية ثنائية الصبغيات (2 ن). يتم إنتاج هذا بناءً على وضع الكروموسومات المتجانسة ، الموجودة عند خط استواء الخلية قبل الانقسام ، أثناء الطور الأول للانقسام الاختزالي.

بمجرد تحديد هذه الهياكل الجينية في وسط الخلية ، فإن المغزل الانقسامي "يسحبها" ويوزع نصف المعلومات في قطب واحد من الخلية والآخر في الآخر. وهكذا ، عندما يحدث الانقسام السيتوبلازمي وتتكون خليتان حيث كانت هناك واحدة من قبل ، سيكون لكل منهما نفس الكمية من المادة الوراثية ، ولكن ذات طبيعة مختلفة.

من وجهة نظر رياضية ، يمكن الحصول على تباديل الكروموسومات المحتملة في البشر على النحو التالي:

223= 8.388.608

نفسر هذه الصيغة بسرعة وسهولة. نظرًا لأن عدد الكروموسومات في الجينوم البشري هو 23 زوجًا (22 جسميًا + 1 جنسيًا) ، سيتم رفع عدد تباديل الكروموسومات الممكنة أثناء الانقسام الاختزالي بمقدار 2 إلى 23 ، مع نتيجة مذهلة لأكثر من 8 ملايين سيناريو مختلف. يعد هذا التوجه العشوائي للكروموسومات تجاه كل من أقطاب الخلية مصدرًا مهمًا للتنوع الجيني.

أهمية عبور الكروموسوم

يتم تعريف عبور الكروموسومات على أنه تبادل المادة الجينية أثناء عملية التكاثر الجنسي بين كروموسومين متماثلين داخل نفس الخلية، مما يؤدي إلى ظهور الكروموسومات المؤتلفة. في هذه المرحلة ، من الضروري التأكيد على أن المصطلح "متماثل" يشير إلى الكروموسومات التي تشكل زوجًا أثناء الانقسام الاختزالي ، لأن لديهم نفس البنية ، ونفس الجينات ولكن معلومات مختلفة (كل واحد يأتي من سلف).

لا نريد وصف الانقسام الاختزالي بشكل كامل ، لذلك يكفي أن تعرف أن تبادل الكروموسوم يحدث في الطور الأول ، لكن العبور يحدث في الطور الأولي. في هذا الوقت ، تشكل الكروموسومات المتجانسة جسرًا يسمى "chiasma" ، والذي يسمح بتبادل المعلومات الوراثية بينهما.

لذا، ينتج عن هذا التبادل اثنين من الكروموسومات المؤتلفة ، والتي تأتي معلوماتها من كل من الأب والأم ، ولكن يتم تنظيمها بشكل مختلف عن الوالدين. لقد استشهدنا بآلية الانقسام الاختزالي هذه لأنها ، جنبًا إلى جنب مع تبديل الكروموسومات ، تمثل قواعد التباين الجيني في آليات وراثة الكائنات الحية التي تتكاثر جنسياً.

• قد تكون مهتمًا بـ: "الأجزاء الستة للكروموسوم: الخصائص والوظائف"

الأهمية البيولوجية لتقليب الكروموسومات

تعتبر الطفرات النقطية والتباديل الكروموسومي وعمليات الانتقال بين الكروموسومات المتجانسة ضرورية لفهم الحياة كما نراها اليوم. يمكن تلخيص كل وظائفها ومعناها البيولوجي في كلمة واحدة: التباين.

إذا كانت جميع العينات في مجتمع ما متماثلة وراثيًا ، فستظهر سلسلة من السمات الجسدية و (تقريبًا) سلوكيات سلوكية متطابقة ، لذلك سيكونون مستعدين و / أو متكيفين مع التغييرات في أَجواء. إن القوى التطورية ليست "مهتمة" بهذا السيناريو ، لأنه إذا وصل اختلاف جذري وكل تستجيب الأنواع بنفس الطريقة ، فمن المحتمل أن تنقرض بمرور الوقت بسبب نقص الأدوات بيولوجي.

يمكن رؤية مثال واضح على ذلك في بعض سلالات الكلاب والحيوانات الأليفة الأخرى يعاقب بشدة من آثار زواج الأقارب ، نتاج الانتقاء الجيني من قبل البشر. يؤدي التكاثر بين الأقارب إلى ظهور الزيجوت المتماثل ، أي فقدان التباين الجيني. تُعرف هذه الظاهرة باسم "اكتئاب زواج الأقارب" ، وكلما قل توافر الأليلات في مجموعة سكانية ، زاد احتمال نظريًا أنها على وشك الانقراض.

أخيرًا ، من الضروري التأكيد على أننا لا نتحدث في أسس تخمينية. بهذه البيانات سوف تفهم ما نعنيه: 6 من أصل 10 كلاب من سلالة المسترد الذهبي تموت من السرطان ، وما يصل إلى 50٪ من القطط الفارسية مصابة بأمراض الكلى تكيس من الواضح أن الافتقار إلى التنوع الجيني يترجم إلى أمراض على المدى القصير ، وعلى المدى الطويل ثبات نوع بأكمله..

ملخص

في هذا الفضاء ، انتهزنا الفرصة للتركيز على تبديل الكروموسوم من وجهة نظر تطورية بدلاً من التركيز فسيولوجي ، لأننا نعتقد أنه من الأسهل بكثير فهم مثل هذه الظواهر المجردة بأمثلة ملموسة وعواقبها مما تسبب في. إذا أردنا أن تبقى لديك فكرة ، فهذا ما يلي: تعد طفرات الحمض النووي والتباديل الكروموسومي والعبور أساس الوراثة في الأنواع التي تتكاثر جنسيًا. بدون هذه الآليات ، سنكون محكومًا علينا بالفشل التطوري.

الآن ، نختتم بسؤال يترك أكثر من قارئ في حيرة: ما إذا كانت آليات التباين الجيني تحدث أم لا أثناء التكاثر الجنسي ، كيف يمكن أن تكون هناك أنواع نجت مع أنظمة التكاثر اللاجنسي عبر التاريخ؟ تاريخ؟ كما ترى ، هناك قضايا لا تزال بعيدة عنا.

المراجع الببليوجرافية:

• تشين ، واي. م ، تشين ، م. سي ، تشانغ ، ب. ، تشن ، س. ح. (2012). تمديد الخوارزمية الجينية للكروموسومات الاصطناعية لمشاكل جدولة متجر التدفق التبادلي. الكمبيوتر والهندسة الصناعية ، 62 (2) ، 536-545.
• كليكنر ، ن. (1996). الانقسام الاختزالي: كيف يمكن أن يعمل ؟. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 93 (16) ، 8167-8174.
• ميتشل ، ل. A.، & Boeke، J. د. (2014). التقليب الدائري لكروموسوم حقيقي النواة الاصطناعي مع التيلوميرات. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 111 (48) ، 17003-17010.
• شوارتشر ، ت. (2003). الانقسام الاختزالي وإعادة التركيب والكروموسومات: مراجعة لعزل الجينات وبيانات التهجين الفلوري في الموقع في النباتات. مجلة علم النبات التجريبي ، 54 (380) ، 11-23.
• سيبنجا ، ج. (1999). ما الذي يجعل الكروموسومات المتماثلة تجد بعضها البعض في الانقسام الاختزالي؟ مراجعة وفرضية. كروموسوم، 108 (4) ، 209-219.