ქრომოსომების შეცვლა: რა არის და როგორ მუშაობს

მემკვიდრეობა ევოლუციის საფუძველია. ცოცხალი არსებების გენებში ცვლილებები ხდება შემთხვევითი მუტაციებით, მაგრამ თუ ისინი მემკვიდრეობით გადაეცემა მშობლებისგან შვილებს, შესაძლებელია, რომ ისინი დაფიქსირდეს მოცემული სახეობის პოპულაციაში. მაგალითად, თუ დნმ-ში გენეტიკური მუტაცია შიფრავს უფრო თვალსაჩინო შეფერილობას მამაკაცებში კონკრეტული სახეობები, მათ შეუძლიათ უფრო ადვილად გამრავლდნენ, გადასცენ თავიანთი გენები მომავალს თაობებს.

ზოგიერთი მუტაცია ნეიტრალურია, სხვები მავნე, ხოლო უმცირესობა დადებითია. მაგალითში, რომელიც ჩვენ გაჩვენეთ, ახალი დადებითი მახასიათებელი მთავრდება "ფიქსირდება" სახეობებში, რადგან რომ მათ, ვინც ამას წარადგენს, მეტი შვილი ჰყავთ და, შესაბამისად, ავრცელებენ გენებს თითოეულში ექსპონენტურად თაობა. ფართო შტრიხებით, ჩვენ ახლახან გითხარით ბუნებრივი გადარჩევის ევოლუციური მექანიზმების შესახებ.

ყოველ შემთხვევაში, გენეტიკის სამყაროში ყველაფერი ასე მარტივი არ არის. როდესაც წარმოიქმნება სექსუალური გამეტები, რომლებიც წარმოქმნიან ზიგოტას, ინფორმაციის ნახევარი მოდის დედისგან, მეორე კი მამისგან, მაგრამ ჩვენ ყოველთვის არ ვსაუბრობთ ზუსტ გენეტიკურ ასლებზე. შეხვდით ჩვენთან

ქრომოსომების გაცვლის მექანიზმი, რადგან ზემოხსენებულ მუტაციებთან ერთად ის წარმოადგენს ბუნებრივ გარემოში ევოლუციური პროცესების ერთ-ერთ ყველაზე რკინის საფუძველს.

• დაკავშირებული სტატია: "ქრომოსომა: რა არის ისინი, მახასიათებლები და ფუნქციონირება"

ქრომოსომა და სქესი

ქრომოსომის პერმუტაციების სამყაროში სრულად ჩასვლამდე აუცილებელია გესმოდეთ გარკვეული გენეტიკური საფუძვლები, რომლებიც ქრომოსომის თეორიაში მიჩნეულია. ყველა ჩვენი სომატური უჯრედი, რომლებიც წარმოქმნიან ჩვენს ქსოვილებს (ნეირონები, ადიპოციტები, ეპითელური უჯრედები, მონოციტები და ძალიან გრძელი და ა.შ.) იყოფა მიტოზით, თუ მათ აქვთ უნარი, ანუ წარმოქმნიან ზუსტად 2 უჯრედს, სადაც ადრე იყო ერთი. მშობელი.

Ამ შემთხვევაში, გენეტიკური ინფორმაცია დუბლირებულია, მაგრამ უცვლელი რჩება უჯრედულ ხაზში. ეს უჯრედები დიპლოიდურია, ანუ იგივეა, მათ აქვთ 23 წყვილი ქრომოსომა (22 აუტოსომური წყვილი, ერთი სქესობრივი), საიდანაც ერთი წყვილი დედისგან მოდის, მეორე კი მამისგან. ამრიგად, თითოეულ ჩვენს უჯრედს აქვს სულ 46 ქრომოსომა.

სასქესო უჯრედები (კვერცხუჯრედები და სპერმატოზოიდები) სულ სხვა სამყაროა. მათ უნდა ჰქონდეთ სომატური უჯრედების გენეტიკური ინფორმაციის ნახევარი, რადგან ისინი აპირებენ სხვა გამეტთან გაერთიანებას სიცოცხლისუნარიანი ზიგოტის შესაქმნელად. თუ კვერცხუჯრედებსა და სპერმატოზოიდებს იგივე ქრომოსომა ჰქონოდათ, რაც ჩვენი სხეულის უჯრედებს, როდესაც ისინი შეერთდებიან, წარმოქმნიდნენ ნაყოფს 92 ქრომოსომით (46x2), არა?

ამ პრობლემის გადაჭრა არის მეიოზი. ამ პროცესში, მიტოზისგან განსხვავებით, 4 ჰაპლოიდური უჯრედი (მხოლოდ 23 ქრომოსომით) წარმოიქმნება დიპლოიდიდან, რომელიც გვახსოვს შეიცავს სულ 46-ს.. ამრიგად, ორი ჰაპლოიდური გამეტის შერწყმისას, წარმოიქმნება დიპლოიდური ჩანასახის ხაზი, რომელიც განსაზღვრავს ჩვენი სხეულის თითოეულ უჯრედს.

რა არის ქრომოსომის შეცვლა?

შეიძლება გაგიკვირდეთ, რამ განაპირობა ასეთი ხანგრძლივი შესავალი, მაგრამ ეს არსებითი იყო, რადგან ქრომოსომის პერმუტაცია, გადაკვეთასთან ან გადაკვეთასთან ერთად, წარმოიქმნება უჯრედში მეიოზის დროს (უფრო კონკრეტულად, პროფაზასა და მეტაფაზაში), რაც საშუალებას აძლევს სექსუალურ რეპროდუქციას უკვე მექანიზმის მეშვეობით. აღწერილი.

Ამიტომ, ქრომოსომული პერმუტაცია შეიძლება განისაზღვროს, როგორც პროცესი, რომლითაც ქრომოსომები შემთხვევით ნაწილდება. ქრომოსომა ჰაპლოიდურ ქალიშვილ სასქესო უჯრედებს შორის (n) წარმოქმნილი დიპლოიდური უჯრედის გაყოფით (2n). ეს წარმოიქმნება ჰომოლოგიური ქრომოსომების განლაგების საფუძველზე, რომლებიც განლაგებულია უჯრედის ეკვატორზე გაყოფამდე, მეიოზის I მეტაფაზაში.

მას შემდეგ, რაც ეს გენეტიკური სტრუქტურები განლაგებულია უჯრედის ცენტრში, მიტოზური ღერძი მათ „იზიდავს“ და ანაწილებს ინფორმაციის ნახევარს უჯრედის ერთ პოლუსზე, ხოლო მეორეს მეორეზე. ამრიგად, როდესაც ციტოპლაზმური გაყოფა ხდება და იქმნება ორი უჯრედი, სადაც ადრე ერთი იყო, ორივეს ექნება გენეტიკური მასალის იგივე რაოდენობა, მაგრამ განსხვავებული ხასიათისა.

მათემატიკური თვალსაზრისით, ადამიანებში ქრომოსომის შესაძლო პერმუტაციები შეიძლება მივიღოთ შემდეგნაირად:

223= 8.388.608

ჩვენ ვხსნით ამ ფორმულას სწრაფად და მარტივად. ვინაიდან ადამიანის გენომში ქრომოსომების რაოდენობაა 23 წყვილი (22 აუტოსომური + 1 სქესობრივი), მეიოზის დროს ქრომოსომის შესაძლო პერმუტაციების რაოდენობა 2-ით გაიზრდება 23-მდე, 8 მილიონზე მეტი სხვადასხვა სცენარის შთამბეჭდავი შედეგით.. ქრომოსომების ეს შემთხვევითი ორიენტაცია უჯრედის თითოეულ პოლუსზე არის გენეტიკური ცვალებადობის მნიშვნელოვანი წყარო.

ქრომოსომის გადაკვეთის მნიშვნელობა

ქრომოსომული გადაკვეთა განისაზღვრება როგორც გენეტიკური მასალის გაცვლა სქესობრივი გამრავლების პროცესში ერთსა და იმავე უჯრედში ორ ჰომოლოგიურ ქრომოსომას შორის, რაც იწვევს რეკომბინანტულ ქრომოსომებს. ამ ეტაპზე, ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ტერმინი "ჰომოლოგური" ეხება ქრომოსომებს, რომლებიც ქმნიან წყვილს. მეიოზი, რადგან მათ აქვთ იგივე სტრუქტურა, იგივე გენები, მაგრამ განსხვავებული ინფორმაცია (თითოეული მოდის ა წინამორბედი).

ჩვენ არ გვინდა სრულად აღვწეროთ მეიოზი, ამიტომ საკმარისი იქნება იცოდეთ, რომ ქრომოსომების შეცვლა ხდება I მეტაფაზაში, მაგრამ გადაკვეთა ხდება პროფაზაში. ამ დროს ჰომოლოგიური ქრომოსომები ქმნიან ხიდს, სახელწოდებით „ქიასმა“, რაც მათ შორის გენეტიკური ინფორმაციის გაცვლის საშუალებას იძლევა.

Ისე, ეს გაცვლა წარმოშობს ორ რეკომბინანტულ ქრომოსომას, რომელთა ინფორმაცია მოდის როგორც მამისგან, ასევე დედისგან, მაგრამ ორგანიზებულია მშობლებისგან განსხვავებულად.. ჩვენ მოვიყვანეთ ეს მეიოტური მექანიზმი, რადგან ქრომოსომის პერმუტაციასთან ერთად ისინი წარმოადგენენ ფუძეებს გენეტიკური ცვალებადობა ცოცხალი არსებების მემკვიდრეობითობის მექანიზმებში, რომლებიც მრავლდებიან სქესობრივად.

• შეიძლება დაგაინტერესოთ: "ქრომოსომის 6 ნაწილი: მახასიათებლები და ფუნქციები"

ქრომოსომული პერმუტაციის ბიოლოგიური მნიშვნელობა

წერტილოვანი მუტაციები, ქრომოსომული პერმუტაციები და ჰომოლოგიურ ქრომოსომებს შორის გადაკვეთები აუცილებელია სიცოცხლის გაგებისთვის, როგორც მას დღეს აღვიქვამთ. მთელი მისი ფუნქციონალური და ბიოლოგიური მნიშვნელობა შეიძლება შეჯამდეს ერთ სიტყვაში: ცვალებადობა.

თუ პოპულაციის ყველა ნიმუში გენეტიკურად ერთნაირია, ისინი გამოავლენენ ფიზიკურ მახასიათებლებს და (თითქმის) იდენტური ქცევითი ქცევები, ასე რომ, ისინი ისევე მომზადებული და/ან ადაპტირებული იქნებიან ცვლილებების მიმართ ატმოსფერო. ევოლუციური ძალები არ არიან „აინტერესებულნი“ ამ სცენარით, რადგან თუ მკვეთრი ვარიაცია მოვა და ყველა სახეობა ერთნაირად რეაგირებს, სავარაუდოა, რომ დროთა განმავლობაში ის გადაშენდება ხელსაწყოების ნაკლებობის გამო ბიოლოგიური.

ამის ნათელი მაგალითია ზოგიერთი ჯიშის ძაღლი და სხვა შინაური ცხოველები, რომლებიც უკვე ყოფილა მკაცრად ისჯება შეჯვარების ეფექტით, გენეტიკური სელექციის პროდუქტის მიერ ადამიანები. ნათესავებს შორის რეპროდუქცია იწვევს ჰომოზიგოტურობას, ანუ გენეტიკური ცვალებადობის დაკარგვას. ეს ფენომენი ცნობილია როგორც „შეჯვარების დეპრესია“ და რაც უფრო ნაკლებია ალელების ხელმისაწვდომობა პოპულაციაში, მით უფრო თეორიულად სავარაუდოა, რომ ის გადაშენებისკენ მიემართება.

და ბოლოს, ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ჩვენ არ ვსაუბრობთ ვარაუდურ საფუძვლებზე. ამ ორი მონაცემით მიხვდებით რას ვგულისხმობთ: ოქროს ჯიშის 10 ძაღლიდან 6 კიბოთი იღუპება და სპარსული კატების 50%-მდე თირკმლის დაავადებაა პოლიკისტოზური ცხადია, რომ გენეტიკური ცვალებადობის ნაკლებობა მოკლევადიან პერსპექტივაში ითარგმნება დაავადებებში, ხოლო გრძელვადიან პერსპექტივაში მთელი სახეობის შეუძლებლობაში..

Შემაჯამებელი

ამ სივრცეში ჩვენ გამოვიყენეთ შესაძლებლობა, რომ ფოკუსირება მოვახდინოთ ქრომოსომის პერმუტაციაზე ევოლუციური თვალსაზრისით და არა ფიზიოლოგიური, რადგან ჩვენ გვჯერა, რომ ბევრად უფრო ადვილია ამგვარი აბსტრაქტული ფენომენების გაგება კონკრეტული მაგალითებით და შედეგებით. გამომწვევი. თუ გვინდა, რომ დარჩეთ იდეაში, ეს არის შემდეგი: დნმ-ის მუტაციები, ქრომოსომული პერმუტაციები და გადაკვეთა არის მემკვიდრეობის საფუძველი სქესობრივი გამრავლების სახეობებში.. ამ მექანიზმების გარეშე ჩვენ განწირულები ვიქნებოდით ევოლუციური მარცხისთვის.

ახლა ჩვენ ვხურავთ კითხვას, რომელიც ერთზე მეტ მკითხველს დატოვებს გაკვირვებულს: არსებობს თუ არა გენეტიკური ცვალებადობის მექანიზმები სქესობრივი გამრავლების დროს როგორ არის შესაძლებელი, რომ არსებობდეს სახეობები, რომლებიც გადარჩნენ ასექსუალური გამრავლების სისტემებით მთელი ისტორიის მანძილზე? ისტორია? როგორც ხედავთ, არის საკითხები, რომლებიც ჯერ კიდევ არ გვაშორებს.

ბიბლიოგრაფიული ცნობები:

• ჩენი, ი. მ., ჩენი, მ. C., Chang, P. C., & Chen, S. თ. (2012). გაფართოებული ხელოვნური ქრომოსომების გენეტიკური ალგორითმი პერმუტაციის ნაკადის მაღაზიის დაგეგმვის პრობლემებისთვის. კომპიუტერები და სამრეწველო ინჟინერია, 62 (2), 536-545.
• კლეკნერი, ნ. (1996). მეიოზი: როგორ შეიძლება მუშაობდეს?. მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის შრომები, 93(16), 8167-8174 წ.
• მიტჩელი, ლ. A., & Boeke, J. დ. (2014). სინთეზური ევკარიოტული ქრომოსომის წრიული პერმუტაცია ტელომერატორთან. მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის შრომები, 111(48), 17003-17010 წწ.
• შვარცხერი, თ. (2003). მეიოზი, რეკომბინაცია და ქრომოსომა: მცენარეებში გენის იზოლაციისა და ფლუორესცენტური in situ ჰიბრიდიზაციის მონაცემების მიმოხილვა. ჟურნალი ექსპერიმენტული ბოტანიკის, 54(380), 11-23.
• სიბენგა, ჯ. (1999). რა აიძულებს ჰომოლოგიურ ქრომოსომებს იპოვონ ერთმანეთი მეიოზში? მიმოხილვა და ჰიპოთეზა. ქრომოსომა, 108 (4), 209-219.