Zamiana chromosomów: co to jest i jak działa

Dziedziczność jest podstawą ewolucji. Zmiany w genach istot żywych zachodzą w wyniku przypadkowych mutacji, ale jeśli są one dziedziczone z rodziców na dzieci, możliwe jest, że zostaną utrwalone w populacji danego gatunku. Na przykład, jeśli mutacja genetyczna w DNA koduje bardziej rzucające się w oczy zabarwienie samców a określonych gatunków, mogą łatwiej się rozmnażać, przekazując swoje geny w przyszłości pokolenia.

Niektóre mutacje są neutralne, inne szkodliwe, a mniejszość jest pozytywna. W przykładzie, który wam pokazaliśmy, nowa pozytywna cecha ostatecznie „utrwala się” w gatunku że ci, którzy go przedstawiają, mają więcej dzieci, a zatem wykładniczo rozprzestrzeniają swoje geny z każdym Pokolenie. W ogólnych zarysach właśnie powiedzieliśmy wam o ewolucyjnych mechanizmach doboru naturalnego.

W każdym razie nie wszystko jest takie proste w świecie genetyki. Kiedy powstają gamety płciowe, z których powstanie zygota, połowa informacji pochodzi od matki, a druga od ojca, ale nie zawsze mówimy o dokładnych kopiach genetycznych. Spotkaj się z nami

mechanizm zamiany chromosomów, ponieważ wraz z wyżej wymienionymi mutacjami stanowi jedną z najbardziej żelaznych podstaw procesów ewolucyjnych w środowisku naturalnym.

• Powiązany artykuł: „Chromosomy: czym są, cechy i funkcjonowanie”

chromosomy i płeć

Zanim całkowicie zagłębisz się w świat permutacji chromosomów, musisz zrozumieć pewne podstawy genetyczne, które są uważane za oczywiste w teorii chromosomów. Wszystkie nasze komórki somatyczne, te, które dają początek naszym tkankom (neurony, adipocyty, komórki nabłonkowe, monocyty i bardzo długi itp.) dzielą się przez mitozę, jeśli mają taką zdolność, czyli dają początek 2 dokładnie takim samym komórkom, w których wcześniej była jedna rodzicielski.

W tym przypadku, informacja genetyczna jest powielana, ale pozostaje niezmieniona w linii komórkowej. Komórki te są diploidalne, czyli co jest tożsame, mają 23 pary chromosomów (22 pary autosomalne, jedna płciowa), z których jedna para pochodzi od matki, a druga od ojca. Tak więc każda z naszych komórek ma łącznie 46 chromosomów.

Komórki płciowe (jaja i plemniki) to zupełnie inny świat. Muszą one mieć połowę informacji genetycznej komórek somatycznych, ponieważ połączą się z inną gametą, aby dać początek zdolnej do życia zygocie. Gdyby zalążki i plemniki miały takie same chromosomy jak komórki naszego ciała, po połączeniu się dałby początek płód z 92 chromosomami (46x2), prawda?

Rozwiązaniem tego problemu jest mejoza. W tym procesie, w przeciwieństwie do mitozy, 4 komórki haploidalne (z samymi 23 chromosomami) powstają z diploidu, który, jak pamiętamy, zawiera łącznie 46. Tak więc, kiedy dwie haploidalne gamety łączą się, powstaje diploidalna linia zarodkowa, która definiuje każdą komórkę w naszym ciele.

Na czym polega zamiana chromosomów?

Możesz się zastanawiać, co doprowadziło do tak długiego wprowadzenia, ale było to niezbędne, ponieważ permutacja chromosomów, wraz z crossing-over lub crossing-over, jest wytwarzany w komórce podczas mejozy (dokładniej w profazie i metafazie), co umożliwia rozmnażanie płciowe poprzez mechanizm już opisane.

Aby, Permutację chromosomów można zdefiniować jako proces, w którym chromosomy są losowo rozmieszczone. chromosomy między haploidalnymi potomnymi komórkami płciowymi (n) wytwarzanymi przez podział komórki diploidalnej (2n). Jest to wytwarzane na podstawie umieszczenia homologicznych chromosomów, które znajdują się na równiku komórki przed podziałem, podczas metafazy I mejozy.

Gdy te struktury genetyczne zostaną zlokalizowane w centrum komórki, wrzeciono mitotyczne „ciągnie” je i rozprowadza połowę informacji na jednym biegunie komórki, a drugą na drugim. Tak więc, kiedy następuje podział cytoplazmy i powstają dwie komórki tam, gdzie wcześniej była jedna, obie będą miały taką samą ilość materiału genetycznego, ale o innym charakterze.

Z matematycznego punktu widzenia możliwe permutacje chromosomów u ludzi można uzyskać w następujący sposób:

223= 8.388.608

Szybko i łatwo wyjaśnimy tę formułę. Ponieważ liczba chromosomów w ludzkim genomie wynosi 23 pary (22 autosomalne + 1 płciowy), liczba możliwych permutacji chromosomów podczas mejozy wzrośnie z 2 do 23, z imponującym wynikiem ponad 8 milionów różnych scenariuszy. Ta przypadkowa orientacja chromosomów w kierunku każdego z biegunów komórki jest ważnym źródłem zmienności genetycznej.

Znaczenie krzyżowania chromosomów

Chromosomalny crossing-over definiuje się jako wymiana materiału genetycznego podczas procesu rozmnażania płciowego między dwoma homologicznymi chromosomami w tej samej komórce, dając początek rekombinowanym chromosomom. W tym miejscu należy podkreślić, że termin „homologiczny” odnosi się do chromosomów, które w trakcie tworzą parę mejozy, ponieważ mają tę samą strukturę, te same geny, ale różne informacje (każdy pochodzi z protoplasta).

Nie chcemy w pełni opisywać mejozy, więc wystarczy wiedzieć, że zamiana chromosomów zachodzi w metafazie I, ale crossing-over zachodzi w profazie. W tym czasie homologiczne chromosomy tworzą most zwany „chiasmą”, który umożliwia wymianę informacji genetycznej między nimi.

Więc, ta wymiana daje początek dwóm zrekombinowanym chromosomom, których informacje pochodzą zarówno od ojca, jak i matki, ale są zorganizowane inaczej niż rodzice. Zacytowaliśmy ten mechanizm mejotyczny, ponieważ wraz z permutacją chromosomów stanowią one podstawy genetyczna zmienność mechanizmów dziedziczenia istot żywych, które rozmnażają się płciowo.

• Możesz być zainteresowany: „6 części chromosomu: cechy i funkcje”

Biologiczne znaczenie permutacji chromosomów

Mutacje punktowe, permutacje chromosomalne i krzyżówki między homologicznymi chromosomami są niezbędne do zrozumienia życia, jakie postrzegamy dzisiaj. Całą jego funkcjonalność i biologiczne znaczenie można podsumować jednym słowem: zmienność.

Jeśli wszystkie okazy w populacji są genetycznie takie same, będą wykazywać szereg cech fizycznych i (prawie) identycznych zachowań behawioralnych, więc będą tak samo przygotowane i/lub przystosowane do zmian w środowisku atmosfera. Siły ewolucyjne nie są „zainteresowane” tym scenariuszem, ponieważ jeśli nadejdzie drastyczna zmiana i wszystko gatunek reaguje w ten sam sposób, jest prawdopodobne, że z czasem wyginie z powodu braku narzędzi biologiczny.

Wyraźny tego przykład można zaobserwować u niektórych ras psów i innych zwierząt domowych, które zostały surowo karany skutkami chowu wsobnego, produktem selekcji genetycznej przez ludzie. Rozmnażanie między krewnymi prowadzi do homozygotyczności, czyli utraty zmienności genetycznej. Zjawisko to znane jest jako „depresja wsobna”, a im mniejsza dostępność alleli w populacji, tym bardziej teoretycznie prawdopodobne jest, że zmierza ona do wyginięcia.

Na koniec należy podkreślić, że nie mówimy na podstawie domysłów. Dzięki tym dwóm danym zrozumiesz, co mamy na myśli: 6 na 10 psów rasy golden retriever umiera na raka, a nawet 50% kotów perskich cierpi na choroby nerek policystyczny Oczywiste jest, że brak zmienności genetycznej przekłada się na choroby w krótkim okresie, aw długim okresie na nieżywotność całego gatunku..

Streszczenie

W tej przestrzeni skorzystaliśmy z okazji, aby skupić się na permutacji chromosomów z ewolucyjnego punktu widzenia, a nie fizjologiczne, ponieważ uważamy, że takie abstrakcyjne zjawiska o wiele łatwiej jest zrozumieć na podstawie konkretnych przykładów i konsekwencji spowodowanie. Jeśli chcemy, abyś pozostał przy jakimś pomyśle, oto on: Mutacje DNA, permutacje chromosomalne i crossing-over są podstawą dziedziczności gatunków rozmnażających się płciowo. Bez tych mechanizmów bylibyśmy skazani na ewolucyjną porażkę.

Teraz zakończymy pytaniem, które wprawi niejednego czytelnika w konsternację: czy mechanizmy zmienności genetycznej zachodzą podczas rozmnażania płciowego, jak to możliwe, że istnieją gatunki, które przetrwały dzięki systemom rozmnażania bezpłciowego w całej historii? historia? Jak widać, są kwestie, które wciąż nam umykają.

Odniesienia bibliograficzne:

• Chen, Y. M., Chen, M. C., Chang, P. C. i Chen, S. H. (2012). Rozszerzony algorytm genetyczny sztucznych chromosomów dla problemów z planowaniem przepływów permutacji. Komputery i inżynieria przemysłowa, 62(2), 536-545.
• Kleckner, N. (1996). Mejoza: jak to może działać? Proceedings of the National Academy of Sciences, 93(16), 8167-8174.
• Mitchell, l. A. & Boeke, J. D. (2014). Permutacja kołowa syntetycznego chromosomu eukariotycznego z telomeratorem. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(48), 17003-17010.
• Schwarzcher, T. (2003). Mejoza, rekombinacja i chromosomy: przegląd danych dotyczących izolacji genów i fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ w roślinach. Journal of Experimental Botaniki, 54(380), 11-23.
• Sybenga, J. (1999). Co sprawia, że ​​chromosomy homologiczne odnajdują się w mejozie? Przegląd i hipoteza. Chromosom, 108(4), 209-219.