Εναλλαγή χρωμοσωμάτων: τι είναι και πώς λειτουργεί

Η κληρονομικότητα είναι η βάση της εξέλιξης. Οι αλλαγές στα γονίδια των ζωντανών όντων συμβαίνουν με τυχαίες μεταλλάξεις, αλλά εάν αυτές κληρονομηθούν από τους γονείς στα παιδιά, είναι πιθανό να καταλήξουν να καθορίζονται σε έναν πληθυσμό ενός συγκεκριμένου είδους. Για παράδειγμα, εάν μια γενετική μετάλλαξη στο DNA κωδικοποιεί έναν πιο εμφανή χρωματισμό στα αρσενικά ενός συγκεκριμένα είδη, μπορούν να αναπαραχθούν πιο εύκολα, μεταδίδοντας τα γονίδιά τους στο μέλλον γενιές.

Ορισμένες μεταλλάξεις είναι ουδέτερες, άλλες επιβλαβείς και μια μειοψηφία είναι θετικές. Στο παράδειγμα που σας δείξαμε, ένα νέο θετικό χαρακτηριστικό καταλήγει να «καθηλώνεται» στο είδος, αφού ότι όσοι το παρουσιάζουν έχουν περισσότερα παιδιά και, ως εκ τούτου, διαδίδουν τα γονίδιά τους εκθετικά με το καθένα γενιά. Σε γενικές γραμμές, μόλις σας είπαμε για τους εξελικτικούς μηχανισμούς της φυσικής επιλογής.

Σε κάθε περίπτωση, δεν είναι όλα τόσο απλά στον κόσμο της γενετικής. Όταν παράγονται οι σεξουαλικοί γαμέτες που θα δημιουργήσουν έναν ζυγώτη, οι μισές πληροφορίες προέρχονται από τη μητέρα και οι άλλες από τον πατέρα, αλλά δεν μιλάμε πάντα για ακριβή γενετικά αντίγραφα. Συναντηθείτε μαζί μας

ο μηχανισμός της εναλλαγής χρωμοσωμάτων, γιατί μαζί με τις προαναφερθείσες μεταλλάξεις αντιπροσωπεύει μια από τις πιο σιδερένιες βάσεις εξελικτικών διεργασιών στο φυσικό περιβάλλον.

• Σχετικό άρθρο: "Χρωμοσώματα: τι είναι, χαρακτηριστικά και λειτουργία"

χρωμοσώματα και φύλο

Πριν βουτήξετε πλήρως στον κόσμο των χρωμοσωμικών μεταθέσεων, είναι σημαντικό να κατανοήσετε ορισμένες γενετικές βάσεις που θεωρούνται δεδομένες στη θεωρία των χρωμοσωμάτων. Όλα τα σωματικά μας κύτταρα, αυτά που δημιουργούν τους ιστούς μας (νευρώνες, λιποκύτταρα, επιθηλιακά κύτταρα, μονοκύτταρα και κ.λπ.) διαιρούνται με μίτωση εάν έχουν την ικανότητα, δηλαδή δημιουργούν 2 ακριβώς τα ίδια κύτταρα όπου πριν υπήρχε ένα γονικός.

Σε αυτήν την περίπτωση, Η γενετική πληροφορία διπλασιάζεται, αλλά παραμένει αμετάβλητη στην κυτταρική σειρά. Αυτά τα κύτταρα είναι διπλοειδή, ή το ίδιο, έχουν 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων (22 αυτοσωμικά ζεύγη, ένα σεξουαλικό), εκ των οποίων ένα ζευγάρι προέρχεται από τη μητέρα και ένα άλλο από τον πατέρα. Έτσι, κάθε κύτταρο μας έχει συνολικά 46 χρωμοσώματα.

Τα σεξουαλικά κύτταρα (ωάρια και σπέρμα) είναι ένας εντελώς διαφορετικός κόσμος. Αυτά πρέπει να έχουν τις μισές γενετικές πληροφορίες των σωματικών κυττάρων, αφού πρόκειται να ενωθούν με έναν άλλο γαμετή για να δημιουργήσουν έναν βιώσιμο ζυγώτη. Αν τα ωάρια και τα σπερματοζωάρια είχαν τα ίδια χρωμοσώματα με τα κύτταρα του σώματός μας, όταν ενώνονταν μεταξύ τους θα έδιναν ένα έμβρυο με 92 χρωμοσώματα (46x2), σωστά;

Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα είναι η μείωση. Σε αυτή τη διαδικασία, σε αντίθεση με τη μίτωση, 4 απλοειδή κύτταρα (με μόνο 23 χρωμοσώματα) δημιουργούνται από ένα διπλοειδές, το οποίο θυμόμαστε ότι περιέχει συνολικά 46. Έτσι, όταν δύο απλοειδείς γαμέτες συντήκονται, δημιουργείται η διπλοειδής βλαστική σειρά, η οποία ορίζει κάθε κύτταρο στο σώμα μας.

Τι είναι η εναλλαγή χρωμοσωμάτων;

Ίσως αναρωτιέστε τι οδήγησε σε μια τόσο μακροσκελή εισαγωγή, αλλά ήταν απαραίτητο, καθώς η μετάθεση χρωμοσωμάτων, μαζί με τη διασταύρωση ή τη διασταύρωση, παράγεται μέσα σε ένα κύτταρο κατά τη διάρκεια της μείωσης (πιο συγκεκριμένα, σε πρόφαση και μετάφαση), η οποία επιτρέπει τη σεξουαλική αναπαραγωγή μέσω του μηχανισμού που ήδη περιγράφεται.

Ετσι ώστε, Η χρωμοσωμική μετάθεση μπορεί να οριστεί ως η διαδικασία με την οποία τα χρωμοσώματα κατανέμονται τυχαία. χρωμοσώματα μεταξύ απλοειδών θυγατρικών σεξουαλικών κυττάρων (n) που παράγονται από τη διαίρεση ενός διπλοειδούς κυττάρου (2n). Αυτό παράγεται με βάση την τοποθέτηση ομόλογων χρωμοσωμάτων, τα οποία βρίσκονται στον ισημερινό του κυττάρου πριν από τη διαίρεση, κατά τη μετάφαση Ι της μείωσης.

Μόλις αυτές οι γενετικές δομές εντοπιστούν στο κέντρο του κυττάρου, η μιτωτική άτρακτος τις «τραβάει» και διανέμει τις μισές πληροφορίες στον έναν πόλο του κυττάρου και την άλλη στον άλλο. Έτσι, όταν συμβεί κυτταροπλασματική διαίρεση και σχηματιστούν δύο κύτταρα εκεί που πριν υπήρχε ένα, και τα δύο θα έχουν την ίδια ποσότητα γενετικού υλικού, αλλά διαφορετικής φύσης.

Από μαθηματική άποψη, οι πιθανές μεταθέσεις χρωμοσωμάτων στον άνθρωπο μπορούν να ληφθούν ως εξής:

223= 8.388.608

Εξηγούμε αυτόν τον τύπο γρήγορα και εύκολα. Καθώς ο αριθμός των χρωμοσωμάτων στο ανθρώπινο γονιδίωμα είναι 23 ζεύγη (22 αυτοσωμικά + 1 σεξουαλική), ο αριθμός των πιθανών μεταθέσεων χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια της μείωσης θα αυξηθεί σε 2 σε 23, με το εντυπωσιακό αποτέλεσμα περισσότερων από 8 εκατομμυρίων διαφορετικών σεναρίων. Αυτός ο τυχαίος προσανατολισμός των χρωμοσωμάτων προς κάθε έναν από τους πόλους του κυττάρου είναι μια σημαντική πηγή γενετικής μεταβλητότητας.

Η σημασία της διέλευσης των χρωμοσωμάτων

Η χρωμοσωμική διασταύρωση ορίζεται ως η ανταλλαγή γενετικού υλικού κατά τη διαδικασία της σεξουαλικής αναπαραγωγής μεταξύ δύο ομόλογων χρωμοσωμάτων μέσα στο ίδιο κύτταρο, δημιουργώντας ανασυνδυασμένα χρωμοσώματα. Στο σημείο αυτό, είναι απαραίτητο να τονιστεί ότι ο όρος «ομόλογος» αναφέρεται σε χρωμοσώματα που σχηματίζουν ένα ζευγάρι κατά τη μείωση, αφού έχουν την ίδια δομή, ίδια γονίδια αλλά διαφορετικές πληροφορίες (το καθένα προέρχεται από α πρόγονος).

Δεν θέλουμε να περιγράψουμε πλήρως τη μείωση, επομένως αρκεί να γνωρίζετε ότι η εναλλαγή χρωμοσωμάτων συμβαίνει στη μετάφαση Ι, αλλά η διασταύρωση γίνεται στην προφάση. Αυτή τη στιγμή, τα ομόλογα χρωμοσώματα σχηματίζουν μια γέφυρα που ονομάζεται «χιάσμα», η οποία επιτρέπει την ανταλλαγή γενετικών πληροφοριών μεταξύ τους.

Ετσι, Αυτή η ανταλλαγή δημιουργεί δύο ανασυνδυασμένα χρωμοσώματα, των οποίων οι πληροφορίες προέρχονται τόσο από τον πατέρα όσο και από τη μητέρα, αλλά οργανώνονται διαφορετικά από τους γονείς. Αναφέραμε αυτόν τον μειωτικό μηχανισμό επειδή, μαζί με τη μετάθεση των χρωμοσωμάτων, αντιπροσωπεύουν τις βάσεις του τη γενετική μεταβλητότητα στους μηχανισμούς κληρονομικότητας των ζωντανών όντων που αναπαράγονται σεξουαλικά.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Τα 6 μέρη του χρωμοσώματος: χαρακτηριστικά και λειτουργίες"

Η βιολογική σημασία της χρωμοσωμικής μετάθεσης

Σημειακές μεταλλάξεις, χρωμοσωμικές μεταθέσεις και διασταυρώσεις μεταξύ ομόλογων χρωμοσωμάτων είναι απαραίτητες για την κατανόηση της ζωής όπως την αντιλαμβανόμαστε σήμερα. Όλη η λειτουργικότητα και η βιολογική του σημασία μπορούν να συνοψιστούν σε μια μόνο λέξη: μεταβλητότητα.

Εάν όλα τα δείγματα σε έναν πληθυσμό είναι γενετικά ίδια, θα εμφανίσουν μια σειρά από φυσικά χαρακτηριστικά και (σχεδόν) ταυτόσημες συμπεριφορικές συμπεριφορές, έτσι ώστε να είναι εξίσου προετοιμασμένες και/ή προσαρμοσμένες στις αλλαγές ατμόσφαιρα. Οι εξελικτικές δυνάμεις δεν «ενδιαφέρονται» για αυτό το σενάριο, γιατί αν φτάσει μια δραστική παραλλαγή και όλα τα το είδος ανταποκρίνεται με τον ίδιο τρόπο, είναι πιθανό να εξαφανιστεί με την πάροδο του χρόνου λόγω έλλειψης εργαλείων βιολογικός.

Ένα σαφές παράδειγμα αυτού μπορεί να φανεί σε ορισμένες ράτσες σκύλων και άλλων κατοικίδιων ζώων, που έχουν γίνει τιμωρείται αυστηρά από τις επιπτώσεις της ενδογαμίας, προϊόν γενετικής επιλογής από το του ανθρώπου. Η αναπαραγωγή μεταξύ συγγενών προκαλεί ομοζυγωτία, δηλαδή απώλεια γενετικής μεταβλητότητας. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως «κατάθλιψη ενδογαμίας» και όσο λιγότερη διαθεσιμότητα αλληλόμορφων υπάρχουν σε έναν πληθυσμό, τόσο πιο πιθανό είναι θεωρητικά να οδεύει προς εξαφάνιση.

Τέλος, είναι απαραίτητο να τονίσουμε ότι δεν μιλάμε για εικασιακούς λόγους. Με αυτά τα δύο δεδομένα θα καταλάβετε τι εννοούμε: 6 στα 10 σκυλιά της ράτσας golden retriever πεθαίνουν από καρκίνο και έως και το 50% των περσικών γατών έχουν νεφρική νόσο πολυκυστική Είναι σαφές ότι η έλλειψη γενετικής μεταβλητότητας μεταφράζεται σε ασθένειες βραχυπρόθεσμα και μακροπρόθεσμα σε βιωσιμότητα ενός ολόκληρου είδους..

Περίληψη

Σε αυτό το διάστημα έχουμε εκμεταλλευτεί την ευκαιρία να επικεντρωθούμε στη μετάθεση των χρωμοσωμάτων από εξελικτική άποψη και όχι φυσιολογικό, γιατί πιστεύουμε ότι είναι πολύ πιο εύκολο να κατανοήσουμε τέτοια αφηρημένα φαινόμενα με συγκεκριμένα παραδείγματα και τις συνέπειες προκαλώντας. Αν θέλουμε να μείνετε με μια ιδέα, αυτή είναι η εξής: Οι μεταλλάξεις του DNA, οι χρωμοσωμικές μεταθέσεις και η διασταύρωση είναι η βάση της κληρονομικότητας στα σεξουαλικά αναπαραγόμενα είδη. Χωρίς αυτούς τους μηχανισμούς, θα ήμασταν καταδικασμένοι σε εξελικτική αποτυχία.

Τώρα, κλείνουμε με μια ερώτηση που θα αφήσει περισσότερους από έναν αναγνώστες σαστισμένους: εάν λαμβάνουν χώρα οι μηχανισμοί της γενετικής μεταβλητότητας κατά τη διάρκεια της σεξουαλικής αναπαραγωγής, πώς είναι δυνατόν να υπάρχουν είδη που έχουν επιβιώσει με ασεξουαλικά συστήματα πολλαπλασιασμού σε όλη την ιστορία; ιστορία? Όπως μπορείτε να δείτε, υπάρχουν ζητήματα που εξακολουθούν να μας διαφεύγουν.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Τσεν, Υ. Μ., Τσεν, Μ. C., Chang, P. C., & Chen, S. η. (2012). Εκτεταμένος γενετικός αλγόριθμος τεχνητών χρωμοσωμάτων για προβλήματα προγραμματισμού καταστημάτων ροής μετάθεσης. Computers & Industrial Engineering, 62(2), 536-545.
• Κλέκνερ, Ν. (1996). Meiosis: πώς θα μπορούσε να λειτουργήσει;. Proceedings of the National Academy of Sciences, 93(16), 8167-8174.
• Μίτσελ, Λ. A., & Boeke, J. ρε. (2014). Κυκλική μετάθεση συνθετικού ευκαρυωτικού χρωμοσώματος με τον τελομερή. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(48), 17003-17010.
• Schwarzcher, T. (2003). Μείωση, ανασυνδυασμός και χρωμοσώματα: μια ανασκόπηση της απομόνωσης γονιδίων και των δεδομένων υβριδισμού φθορισμού in situ στα φυτά. Journal of Experimental Botany, 54(380), 11-23.
• Sybenga, J. (1999). Τι κάνει τα ομόλογα χρωμοσώματα να βρίσκουν το ένα το άλλο στη μείωση; Μια ανασκόπηση και μια υπόθεση. Chromosome, 108(4), 209-219.