Kromosoomide vahetus: mis see on ja kuidas see toimib

Pärilikkus on evolutsiooni aluseks. Muutused elusolendite geenides toimuvad juhuslike mutatsioonide kaudu, kuid kui need on päritud vanematelt lastele, on võimalik, et need kinnistuvad teatud liigi populatsioonis. Näiteks kui geneetiline mutatsioon DNA-s kodeerib meestel silmatorkavamat värvust. konkreetsete liikide puhul võivad nad paljuneda kergemini, kandes oma geenid edasi tulevikku põlvkonnad.

Mõned mutatsioonid on neutraalsed, teised kahjulikud ja vähemus on positiivsed. Näites, mida oleme teile näidanud, "fikseerub" uus positiivne omadus end liigis, kuna et neil, kes seda esitavad, on rohkem lapsi ja seetõttu levitavad oma geene eksponentsiaalselt igaühega põlvkond. Üldjoontes rääkisime teile äsja loodusliku valiku evolutsioonimehhanismidest.

Igatahes pole geneetikamaailmas kõik nii lihtne. Kui tekivad sugurakud, millest sünnib sügoot, pärineb pool teabest emalt ja teine ​​isalt, kuid me ei räägi alati täpsetest geneetilistest koopiatest. Kohtuge meiega kromosoomide vahetamise mehhanism

, sest koos eelmainitud mutatsioonidega kujutab see endast üht raudsemat evolutsiooniprotsesside alust looduskeskkonnas.

• Seotud artikkel: "Kromosoomid: mis need on, omadused ja toimimine"

kromosoomid ja sugu

Enne täielikku kromosoomide permutatsioonide maailma sukeldumist on oluline mõista teatud geneetilisi aluseid, mida kromosoomiteoorias peetakse iseenesestmõistetavaks. Kõik meie somaatilised rakud, need, millest moodustuvad meie kuded (neuronid, adipotsüüdid, epiteelirakud, monotsüüdid ja väga pikad jne) jagunevad mitoosi teel, kui neil on võime, see tähendab, et nad annavad 2 täpselt samasugust rakku, kus varem oli üks vanemlik.

Sel juhul, geneetiline informatsioon dubleeritakse, kuid jääb rakuliinis muutumatuks. Need rakud on diploidsed ehk mis on sama, neil on 23 paari kromosoome (22 autosoompaari, üks seksuaalne), millest üks paar pärineb emalt ja teine ​​isalt. Seega on igal meie rakul kokku 46 kromosoomi.

Sugurakud (munad ja sperma) on täiesti erinev maailm. Neil peab olema pool somaatiliste rakkude geneetilisest teabest, kuna nad ühinevad teise sugurakuga, et tekitada elujõuline sigoot. Kui munarakkudel ja seemnerakkudel oleks samad kromosoomid, mis meie keha rakkudel, sünnitaks nendest koosnedes 92 kromosoomiga (46x2) loote, eks?

Selle probleemi lahendamiseks on meioos. Selles protsessis, erinevalt mitoosist, 4 haploidset rakku (ainuüksi 23 kromosoomiga) genereeritakse diploidist, mis meie meelest sisaldab kokku 46. Seega, kui kaks haploidset sugurakku sulanduvad, tekib diploidne iduliin, mis määrab iga meie keha raku.

Mis on kromosoomide vahetus?

Võite küsida, mis viis sellise pika sissejuhatuseni, kuid see oli hädavajalik, kuna kromosoomide permutatsioon koos üle- või ülekäiguga toodetakse rakus meioosi ajal (täpsemalt profaasis ja metafaasis), mis võimaldab juba mehhanismi kaudu seksuaalset paljunemist. kirjeldatud.

Nii et Kromosomaalset permutatsiooni võib defineerida kui protsessi, mille käigus kromosoomid jaotuvad juhuslikult. kromosoomid haploidsete tütarsugurakkude vahel (n), mis tekivad diploidse raku jagunemisel (2n). See toodetakse homoloogsete kromosoomide paigutuse alusel, mis paiknevad raku ekvaatoril enne jagunemist, meioosi I metafaasi ajal.

Kui need geneetilised struktuurid on asunud raku keskel, siis mitootiline spindel "tõmbab" neid ja jaotab poole informatsioonist raku ühele poolusele ja teise teisele poolusele. Seega, kui tsütoplasmaatiline jagunemine toimub ja kaks rakku moodustuvad seal, kus varem oli üks, on mõlemal sama kogus geneetilist materjali, kuid erineva iseloomuga.

Matemaatilisest vaatenurgast võib inimese kromosoomide võimalikud permutatsioonid saada järgmiselt:

223= 8.388.608

Selgitame seda valemit kiiresti ja lihtsalt. Kuna inimese genoomis on kromosoomide arv 23 paari (22 autosoom + 1 seksuaalne), võimalike kromosoomide permutatsioonide arv meioosi ajal tõstetakse 2-ni 23-ni, mille tulemuseks on enam kui 8 miljonit erinevat stsenaariumi. See kromosoomide juhuslik orientatsioon raku iga pooluse suunas on oluline geneetilise varieeruvuse allikas.

Kromosoomide ristumise tähtsus

Kromosomaalne ristumine on määratletud kui geneetilise materjali vahetus sugulise paljunemise protsessis kahe homoloogse kromosoomi vahel samas rakus, mis tekitab rekombinantseid kromosoome. Siinkohal on vaja rõhutada, et termin "homoloogne" viitab kromosoomidele, mis moodustavad paari meioosi, kuna neil on sama struktuur, samad geenid, kuid erinev teave (igaüks neist pärineb a eellane).

Me ei soovi meioosi täielikult kirjeldada, seega piisab, kui teate, et kromosoomide vahetus toimub metafaasis I, kuid üleminek toimub profaasis. Sel ajal moodustavad homoloogsed kromosoomid silla, mida nimetatakse "chiasmaks", mis võimaldab nende vahel geneetilist teavet vahetada.

Niisiis, see vahetus tekitab kaks rekombinantset kromosoomi, mille informatsioon pärineb nii isalt kui emalt, kuid on organiseeritud vanematest erinevalt. Oleme viidanud sellele meiootilisele mehhanismile, kuna koos kromosoomide permutatsiooniga esindavad nad selle aluseid sugulisel teel paljunevate elusolendite pärimismehhanismide geneetiline varieeruvus.

• Teid võivad huvitada: "Kromosoomi 6 osa: omadused ja funktsioonid"

Kromosomaalse permutatsiooni bioloogiline tähtsus

Punktmutatsioonid, kromosomaalsed permutatsioonid ja homoloogsete kromosoomide vahelised ristumised on olulised, et mõista elu sellisena, nagu me seda praegu tajume. Kogu selle funktsionaalsuse ja bioloogilise tähenduse saab kokku võtta ühe sõnaga: varieeruvus.

Kui kõik populatsiooni isendid on geneetiliselt ühesugused, ilmnevad nad terve rea füüsilisi tunnuseid ja (peaaegu) identsed käitumuslikud käitumised, nii et nad on sama valmis ja/või kohandatud muutusteks õhkkond. Evolutsioonilised jõud ei ole sellest stsenaariumist "huvitatud", sest kui saabub drastiline variatsioon ja kõik liik reageerib samamoodi, tõenäoliselt sureb ta aja jooksul välja tööriistade puudumise tõttu bioloogiline.

Selge näide selle kohta võib näha mõningaid koeratõugusid ja muid koduloomi, mis on olnud karmilt karistatud sugulusaretuse tagajärgede tõttu, geneetilise valiku toode inimesed. Sugulastevaheline paljunemine põhjustab homosügootsust, st geneetilise varieeruvuse kadumist. Seda nähtust nimetatakse "sugulusdepressiooniks" ja mida vähem on populatsioonis alleele, seda tõenäolisem on, et see on väljasuremise suunas.

Lõpuks on vaja rõhutada, et me ei räägi oletuslikel alustel. Nende kahe andmete põhjal saate aru, mida me mõtleme: 6 koera kümnest kuldse retriiveri tõugu koerast sureb vähki ja kuni 50% pärsia kassidest põeb neeruhaigust polütsüstiline On selge, et geneetilise varieeruvuse puudumine põhjustab lühiajaliselt haigusi ja pikemas perspektiivis terve liigi elujõulisust..

Kokkuvõte

Selles ruumis oleme kasutanud võimalust keskenduda kromosoomide permutatsioonile pigem evolutsioonilisest vaatenurgast kui füsioloogiline, sest usume, et selliseid abstraktseid nähtusi on konkreetsete näidete ja tagajärgede abil palju lihtsam mõista põhjustades. Kui tahame, et jääksite idee juurde, on see järgmine: DNA mutatsioonid, kromosomaalsed permutatsioonid ja ristumine on sugulisel teel paljunevate liikide pärilikkuse aluseks. Ilma nende mehhanismideta oleksime määratud evolutsioonilisele läbikukkumisele.

Nüüd lõpetame küsimusega, mis jätab segadusse rohkem kui ühe lugeja: kas geneetilise varieeruvuse mehhanismid toimuvad kuidas on sugulisel paljunemisel võimalik, et leidub liike, mis on läbi ajaloo aseksuaalsete paljundussüsteemidega säilinud? ajalugu? Nagu näete, on probleeme, mis jäävad meile endiselt tähelepanuta.

Bibliograafilised viited:

• Chen, Y. M., Chen, M. C., Chang, P. C. ja Chen, S. h. (2012). Laiendatud kunstlike kromosoomide geneetiline algoritm permutatsioonivoo poe ajastamise probleemide jaoks. Computers & Industrial Engineering, 62(2), 536-545.
• Kleckner, N. (1996). Meioos: kuidas see võiks toimida?. Proceedings of the National Academy of Sciences, 93(16), 8167-8174.
• Mitchell, L. A. ja Boeke, J. d. (2014). Sünteetilise eukarüootse kromosoomi ümmargune permutatsioon telomeraatoriga. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(48), 17003-17010.
• Schwarzcher, T. (2003). Meioos, rekombinatsioon ja kromosoomid: ülevaade geenide isoleerimisest ja fluorestseeruva in situ hübridisatsiooni andmetest taimedes. Journal of Experimental Botany, 54(380), 11-23.
• Sybega, J. (1999). Mis paneb homoloogsed kromosoomid meioosis üksteist leidma? Ülevaade ja hüpotees. Chromosome, 108(4), 209-219.