Смяна на хромозоми: какво е и как работи

Наследствеността е в основата на еволюцията. Промените в гените на живите същества се случват чрез случайни мутации, но ако те са наследени от родители на деца, е възможно в крайна сметка да бъдат фиксирани в популация от даден вид. Например, ако генетична мутация в ДНК кодира по-забележимо оцветяване при мъжете на специфични видове, те могат да се възпроизвеждат по-лесно, предавайки гените си в бъдещето поколения.

Някои мутации са неутрални, други вредни, а малцинство са положителни. В примера, който ви показахме, нова положителна характеристика в крайна сметка се „фиксира“ във вида, тъй като че тези, които го представят, имат повече деца и следователно разпространяват гените си експоненциално с всяко поколение. Накратко, току-що ви разказахме за еволюционните механизми чрез естествен подбор.

Във всеки случай не всичко е толкова просто в света на генетиката. Когато се произвеждат половите гамети, които ще дадат началото на зигота, половината информация идва от майката, а другата от бащата, но не винаги говорим за точни генетични копия. Запознайте се с нас

механизмът на хромозомната смяна, тъй като, заедно с гореспоменатите мутации, представлява една от най-здравите основи на еволюционните процеси в естествената среда.

• Свързана статия: "Хромозоми: какво представляват, характеристики и функциониране"

хромозоми и пол

Преди да се потопите напълно в света на хромозомните пермутации, важно е да разберете някои генетични основи, които се приемат за даденост в хромозомната теория. Всички наши соматични клетки, тези, които пораждат нашите тъкани (неврони, адипоцити, епителни клетки, моноцити и много дълги и т.н.) се делят чрез митоза, ако имат капацитет, тоест дават началото на 2 абсолютно същите клетки, където преди е имало една родителски.

В такъв случай, генетичната информация се дублира, но остава непроменена в клетъчната линия. Тези клетки са диплоидни, или което е същото, те имат 23 двойки хромозоми (22 автозомни двойки, една полова), от които една двойка идва от майката, а друга от бащата. Така всяка наша клетка има общо 46 хромозоми.

Половите клетки (яйцеклетки и сперма) са съвсем различен свят. Те трябва да имат половината от генетичната информация на соматичните клетки, тъй като те ще се обединят с друга гамета, за да дадат началото на жизнеспособна зигота. Ако яйцеклетките и сперматозоидите имаха същите хромозоми като клетките на нашето тяло, когато се съединят заедно, те биха дали началото на плод с 92 хромозоми (46x2), нали?

За решаването на този проблем е мейозата. В този процес, за разлика от митозата, 4 хаплоидни клетки (само с 23 хромозоми) се генерират от диплоид, за който помним, че съдържа общо 46. По този начин, когато две хаплоидни гамети се слеят, се създава диплоидната зародишна линия, която определя всяка клетка в тялото ни.

Какво представлява смяната на хромозомите?

Може да се чудите какво доведе до толкова дълго въведение, но то беше от съществено значение, тъй като хромозомната пермутация, заедно с кросингоувъра или кросингоувъра, се произвежда в клетката по време на мейоза (по-конкретно, в профаза и метафаза), което позволява сексуално размножаване чрез механизма, който вече описано.

Така че, Хромозомната пермутация може да се дефинира като процес, при който хромозомите се разпределят на случаен принцип. хромозоми между хаплоидни дъщерни полови клетки (n), получени от деленето на диплоидна клетка (2n). Това се получава въз основа на поставянето на хомоложни хромозоми, които са разположени на екватора на клетката преди деленето, по време на метафаза I на мейозата.

След като тези генетични структури са разположени в центъра на клетката, митотичното вретено ги "дърпа" и разпределя половината информация на единия полюс на клетката, а другата - на другия. По този начин, когато настъпи цитоплазмено делене и се образуват две клетки там, където преди е имало една, и двете ще имат същото количество генетичен материал, но от различно естество.

От математическа гледна точка възможните хромозомни пермутации при хората могат да бъдат получени, както следва:

223= 8.388.608

Ние обясняваме тази формула бързо и лесно. Тъй като броят на хромозомите в човешкия геном е 23 двойки (22 автозомни + 1 полова), броят на възможните хромозомни пермутации по време на мейозата ще бъде 2 увеличен до 23, с впечатляващ резултат от повече от 8 милиона различни сценария. Тази произволна ориентация на хромозомите към всеки от полюсите на клетката е важен източник на генетична променливост.

Значението на хромозомния кросинговър

Хромозомният кросинговър се определя като обмен на генетичен материал по време на процеса на сексуално размножаване между две хомоложни хромозоми в една и съща клетка, което води до рекомбинантни хромозоми. На този етап е необходимо да се подчертае, че терминът "хомоложен" се отнася до хромозоми, които образуват двойка по време на мейоза, тъй като имат една и съща структура, едни и същи гени, но различна информация (всеки идва от a прародител).

Не искаме да описваме напълно мейозата, така че ще бъде достатъчно да знаете, че хромозомната смяна се случва в метафаза I, но кросинговърът се случва в профаза. По това време хомоложните хромозоми образуват мост, наречен "хиазма", който позволява обмен на генетична информация между тях.

Така, този обмен води до две рекомбинантни хромозоми, чиято информация идва както от бащата, така и от майката, но е организирана по различен начин от родителите. Ние цитирахме този мейотичен механизъм, защото заедно с хромозомната пермутация те представляват основите на генетичната вариабилност в механизмите на наследяване на живи същества, които се размножават по полов път.

• Може да се интересувате от: "6-те части на хромозомата: характеристики и функции"

Биологичното значение на хромозомната пермутация

Точковите мутации, хромозомните пермутации и кръстосванията между хомоложни хромозоми са от съществено значение за разбирането на живота, както го възприемаме днес. Цялата му функционалност и биологично значение могат да бъдат обобщени с една дума: променливост.

Ако всички екземпляри в една популация са генетично еднакви, те ще покажат серия от физически черти и (почти) идентични поведенчески поведения, така че те ще бъдат също толкова подготвени и/или адаптирани към промените в атмосфера. Еволюционните сили не се „заинтересуват“ от този сценарий, защото ако настъпи драстична вариация и всички видът реагира по същия начин, вероятно е той да изчезне с течение на времето поради липса на инструменти биологични.

Ярък пример за това може да се види в някои породи кучета и други домашни животни, които са били строго наказани от ефектите на инбридинг, продукт на генетична селекция от хора. Възпроизвеждането между роднини води до хомозиготност, тоест загуба на генетична променливост. Това явление е известно като „инбридинг депресия“ и колкото по-малко алели има в една популация, толкова по-теоретично е вероятно тя да се насочи към изчезване.

Накрая е необходимо да се подчертае, че не говорим в предположения. С тези две данни ще разберете какво имаме предвид: 6 от 10 кучета от породата голдън ретривър умират от рак, а до 50% от персийските котки имат бъбречно заболяване поликистоза Ясно е, че липсата на генетична променливост се превръща в болести в краткосрочен план, а в дългосрочен план в нежизненост на цял вид..

Резюме

В това пространство ние се възползвахме от възможността да се съсредоточим върху хромозомната пермутация от еволюционна гледна точка, а не физиологични, защото вярваме, че е много по-лесно да разберем подобни абстрактни явления с конкретни примери и последствията причинявайки. Ако искаме да останете с идея, това е следното: Мутациите на ДНК, хромозомните пермутации и кросинговъра са в основата на наследствеността при полово размножаващите се видове. Без тези механизми бихме били обречени на еволюционен провал.

Сега завършваме с въпрос, който ще остави не един читател в недоумение: дали механизмите на генетичната променливост се осъществяват по време на сексуално размножаване, как е възможно да има видове, които са оцелели със системи за безполово размножаване през цялата история? история? Както можете да видите, има проблеми, които все още ни убягват.

Библиографски справки:

• Чен, Й. М., Чен, М. C., Chang, P. C. & Chen, S. ч. (2012). Разширен генетичен алгоритъм на изкуствени хромозоми за проблеми с графика на магазина за пермутация. Компютри и индустриално инженерство, 62 (2), 536-545.
• Клекнер, Н. (1996). Мейоза: как може да работи?. Сборник на Националната академия на науките, 93 (16), 8167-8174.
• Мичъл, Л. A., & Boeke, J. д. (2014). Кръгова пермутация на синтетична еукариотна хромозома с теломератора. Сборник на Националната академия на науките, 111 (48), 17003-17010.
• Шварцхер, Т. (2003). Мейоза, рекомбинация и хромозоми: преглед на генната изолация и данните за флуоресцентна in situ хибридизация в растенията. Journal of Experimental Botany, 54 (380), 11-23.
• Сибенга, Дж. (1999). Какво кара хомоложните хромозоми да се намират една друга в мейозата? Преглед и хипотеза. Хромозома, 108 (4), 209-219.