การแลกเปลี่ยนโครโมโซม: มันคืออะไรและทำงานอย่างไร

กรรมพันธุ์เป็นพื้นฐานของวิวัฒนาการ การเปลี่ยนแปลงในยีนของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นจากการกลายพันธุ์แบบสุ่ม แต่ถ้าสิ่งเหล่านี้สืบทอดจากพ่อแม่สู่ลูก เป็นไปได้ว่าพวกมันจะจบลงด้วยการจับกลุ่มกับประชากรของสปีชีส์หนึ่งๆ ตัวอย่างเช่น หากการกลายพันธุ์ของยีนใน DNA เข้ารหัสสีที่เห็นได้ชัดเจนกว่าในตัวผู้ของ สายพันธุ์เฉพาะ พวกมันอาจแพร่พันธุ์ได้ง่ายขึ้น ถ่ายทอดยีนของพวกมันไปสู่อนาคต รุ่น

การกลายพันธุ์บางอย่างเป็นกลาง การกลายพันธุ์บางอย่างเป็นอันตราย และส่วนน้อยเป็นไปในเชิงบวก ในตัวอย่างที่เราได้แสดงให้คุณเห็น ลักษณะเชิงบวกใหม่จบลงด้วยการ "แก้ไข" ตัวเองในสปีชีส์ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ผู้ที่นำเสนอมีลูกมากขึ้นและดังนั้นจึงแพร่กระจายยีนของพวกเขาอย่างทวีคูณกับแต่ละคน รุ่น. เราเพิ่งบอกคุณเกี่ยวกับกลไกการวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

ไม่ว่าในกรณีใด ไม่ใช่ทุกอย่างจะง่ายนักในโลกของพันธุศาสตร์ เมื่อมีเซลล์สืบพันธุ์ทางเพศที่จะก่อให้เกิดไซโกต ข้อมูลครึ่งหนึ่งมาจากแม่และอีกส่วนหนึ่งมาจากพ่อ แต่เราไม่ได้พูดถึงสำเนาพันธุกรรมที่แน่นอนเสมอไป พบกับเรา กลไกการแลกเปลี่ยนโครโมโซมเนื่องจากเมื่อรวมกับการกลายพันธุ์ดังกล่าวแล้ว มันแสดงถึงหนึ่งในฐานของกระบวนการวิวัฒนาการที่เป็นธาตุเหล็กมากที่สุดในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "โครโมโซม: คืออะไร ลักษณะและการทำงาน"

โครโมโซมและเพศ

ก่อนที่จะดำดิ่งสู่โลกของการกลายพันธุ์ของโครโมโซมอย่างเต็มที่ คุณต้องเข้าใจพื้นฐานทางพันธุกรรมบางอย่างที่ได้รับการยอมรับในทฤษฎีโครโมโซม เซลล์ร่างกายทั้งหมดของเรา เซลล์ที่สร้างเนื้อเยื่อของเรา (เซลล์ประสาท เซลล์ไขมัน เซลล์เยื่อบุผิว โมโนไซต์ และเซลล์ที่ยาวมาก ฯลฯ) หารด้วยไมโทซีส ถ้าพวกมันมีความจุ นั่นคือพวกมันให้เซลล์ 2 เซลล์ที่เหมือนกันทุกประการโดยที่ก่อนหน้านี้มีเซลล์เดียว ผู้ปกครอง

ในกรณีนี้, ข้อมูลทางพันธุกรรมซ้ำกัน แต่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในเซลล์. เซลล์เหล่านี้เป็นแบบดิพลอยด์หรืออะไรที่เหมือนกัน พวกมันมีโครโมโซม 23 คู่ (ออโตโซม 22 คู่ หนึ่งเพศ) ซึ่งคู่หนึ่งมาจากแม่และอีกคู่มาจากพ่อ ดังนั้น แต่ละเซลล์ของเราจึงมีโครโมโซมทั้งหมด 46 โครโมโซม

เซลล์เพศ (ไข่และสเปิร์ม) เป็นโลกที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง สิ่งเหล่านี้จำเป็นต้องมีข้อมูลทางพันธุกรรมครึ่งหนึ่งของเซลล์ร่างกาย เนื่องจากพวกมันจะรวมตัวกับเซลล์สืบพันธุ์อื่นเพื่อก่อให้เกิดไซโกตที่มีชีวิต ถ้าออวุลและเซลล์สเปิร์มมีโครโมโซมเดียวกันกับเซลล์ในร่างกายของเรา เมื่อรวมกันแล้วจะทำให้เกิดทารกในครรภ์ที่มีโครโมโซม 92 โครโมโซม (46x2) จริงไหม?

เพื่อแก้ปัญหานี้คือไมโอซิส ในกระบวนการนี้ ไม่เหมือนกับไมโทซีส เซลล์แฮพลอยด์ 4 เซลล์ (มีโครโมโซมเพียง 23 แท่ง) ถูกสร้างขึ้นจากดิพลอยด์ ซึ่งเราจำได้ว่ามีทั้งหมด 46 โครโมโซม. ดังนั้น เมื่อเซลล์สืบพันธุ์เดี่ยว 2 เซลล์หลอมรวมกัน สายเลือดสืบพันธุ์แบบดิพลอยด์จะถูกสร้างขึ้น ซึ่งกำหนดเซลล์แต่ละเซลล์ในร่างกายของเรา

การแลกเปลี่ยนโครโมโซมคืออะไร?

คุณอาจสงสัยว่าอะไรนำไปสู่การแนะนำที่ยืดยาวเช่นนี้ แต่มันสำคัญมาก เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครโมโซมพร้อมกับการข้ามหรือการข้าม ถูกผลิตขึ้นภายในเซลล์ระหว่างระยะไมโอซิส (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในโพรเฟสและเมตาเฟส) ซึ่งทำให้มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศผ่านกลไกดังกล่าวแล้ว อธิบาย

ดังนั้น, การกลายพันธุ์ของโครโมโซมสามารถกำหนดได้ว่าเป็นกระบวนการที่มีการกระจายโครโมโซมแบบสุ่ม โครโมโซมระหว่างเซลล์เพศลูกเดี่ยว (n) ที่เกิดจากการแบ่งตัวของเซลล์ซ้ำ (2n). สิ่งนี้ผลิตขึ้นจากการจัดวางโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันซึ่งอยู่ที่เส้นศูนย์สูตรของเซลล์ก่อนการแบ่งตัว ในระหว่างระยะเมตาเฟส I ของไมโอซิส

เมื่อโครงสร้างทางพันธุกรรมเหล่านี้อยู่ในใจกลางของเซลล์แล้ว แกนหมุนแบบไมโทติคจะ "ดึง" โครงสร้างเหล่านี้และกระจายข้อมูลครึ่งหนึ่งไปที่ขั้วหนึ่งของเซลล์และอีกอันที่อีกขั้วหนึ่ง ดังนั้น เมื่อเกิดการแบ่งตัวของไซโตพลาสซึมและเซลล์สองเซลล์ก่อตัวขึ้นโดยที่ก่อนหน้านี้มีเซลล์เดียว เซลล์ทั้งสองจะมีสารพันธุกรรมในปริมาณที่เท่ากัน แต่มีลักษณะที่แตกต่างกัน

จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ การเรียงสับเปลี่ยนของโครโมโซมที่เป็นไปได้ในมนุษย์สามารถหาได้ดังนี้:

223= 8.388.608

เราอธิบายสูตรนี้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย เนื่องจากจำนวนโครโมโซมในจีโนมมนุษย์มี 23 คู่ (ออโตโซม 22 แท่ง + 1 เพศ) จำนวนการเรียงสับเปลี่ยนของโครโมโซมที่เป็นไปได้ในช่วงไมโอซิสจะเพิ่มขึ้น 2 เป็น 23 ด้วยผลลัพธ์ที่น่าประทับใจจากสถานการณ์ที่แตกต่างกันมากกว่า 8 ล้านครั้ง. การวางแนวโครโมโซมแบบสุ่มไปยังแต่ละขั้วของเซลล์เป็นแหล่งสำคัญของความแปรปรวนทางพันธุกรรม

ความสำคัญของการข้ามโครโมโซม

การข้ามโครโมโซมหมายถึง การแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมระหว่างกระบวนการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศระหว่างโครโมโซมที่คล้ายคลึงกัน 2 โครโมโซมภายในเซลล์เดียวกันทำให้เกิดรีคอมบิแนนท์โครโมโซม ณ จุดนี้จำเป็นต้องเน้นว่าคำว่า "homologous" หมายถึงโครโมโซมที่จับคู่ระหว่าง ไมโอซิส เนื่องจากมีโครงสร้างเหมือนกัน ยีนเดียวกัน แต่ข้อมูลต่างกัน (มาจาก ก บรรพบุรุษ).

เราไม่ต้องการอธิบายไมโอซิสทั้งหมด ดังนั้นคุณก็เพียงพอแล้วที่จะรู้ว่าการสลับโครโมโซมเกิดขึ้นในเมทาเฟส I แต่การข้ามผ่านเกิดขึ้นในโพรเฟส ในเวลานี้โครโมโซมที่คล้ายคลึงกันสร้างสะพานที่เรียกว่า "chiasma" ซึ่งช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างกันได้

ดังนั้น, การแลกเปลี่ยนนี้ทำให้เกิดรีคอมบิแนนท์โครโมโซม 2 โครโมโซม ซึ่งข้อมูลมาจากทั้งพ่อและแม่ แต่ถูกจัดระเบียบแตกต่างจากพ่อแม่. เราได้อ้างถึงกลไกไมโอติกนี้ เนื่องจากเมื่อรวมกับการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมแล้ว พวกมันเป็นตัวแทนของฐานของ ความแปรปรวนทางพันธุกรรมในกลไกการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

• คุณอาจสนใจ: "โครโมโซม 6 ส่วน: ลักษณะและหน้าที่"

ความสำคัญทางชีวภาพของการกลายพันธุ์ของโครโมโซม

การกลายพันธุ์แบบจุด การเรียงสับเปลี่ยนของโครโมโซม และการไขว้กันระหว่างโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจชีวิตตามที่เรารับรู้ในปัจจุบัน การทำงานและความหมายทางชีวภาพทั้งหมดสามารถสรุปได้ในคำเดียว: ความแปรปรวน

หากตัวอย่างทั้งหมดในประชากรมีพันธุกรรมเหมือนกัน พวกมันจะแสดงลักษณะทางกายภาพหลายอย่างและ (เกือบ) พฤติกรรมพฤติกรรมที่เหมือนกัน ดังนั้น พวกมันจะถูกเตรียมและ/หรือปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงใน บรรยากาศ. กองกำลังวิวัฒนาการไม่ "สนใจ" ในสถานการณ์นี้ เพราะหากการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงมาถึงและทั้งหมด สายพันธุ์ตอบสนองในลักษณะเดียวกันมีแนวโน้มว่ามันจะสูญพันธุ์เมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากขาดเครื่องมือ ชีวภาพ

ตัวอย่างที่ชัดเจนในเรื่องนี้สามารถเห็นได้ในสุนัขบางสายพันธุ์และสัตว์เลี้ยงอื่น ๆ ซึ่งได้รับการ ถูกลงโทษอย่างรุนแรงจากผลของการผสมพันธุ์ทางสายเลือดซึ่งเป็นผลผลิตจากการคัดเลือกพันธุกรรมโดย มนุษย์ การสืบพันธุ์ระหว่างญาติก่อให้เกิดโฮโมไซโกซิตี นั่นคือ การสูญเสียความแปรปรวนทางพันธุกรรม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "ภาวะซึมเศร้าทางสายเลือด" และยิ่งมีอัลลีลน้อยในประชากร ในทางทฤษฎีแล้วมีความเป็นไปได้สูงที่อัลลีลจะสูญพันธุ์

สุดท้ายนี้ จำเป็นต้องย้ำว่าเราไม่ได้พูดในลักษณะคาดเดา ด้วยข้อมูลทั้งสองนี้ คุณจะเข้าใจว่าเราหมายถึงอะไร สุนัข 6 ใน 10 ตัวของสายพันธุ์โกลเด้น รีทรีฟเวอร์ ตายด้วยโรคมะเร็ง และแมวเปอร์เซียถึง 50% เป็นโรคไต ถุงน้ำหลายใบ เป็นที่ชัดเจนว่าการขาดความแปรปรวนทางพันธุกรรมทำให้เกิดโรคในระยะสั้นและในระยะยาวของสิ่งมีชีวิตทั้งชนิด.

สรุป

ในพื้นที่นี้ เราได้ใช้โอกาสที่จะมุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมจากมุมมองของวิวัฒนาการมากกว่า ทางสรีรวิทยา เพราะเราเชื่อว่ามันง่ายกว่ามากที่จะเข้าใจปรากฏการณ์ที่เป็นนามธรรมด้วยตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมและผลที่ตามมา ทำให้. หากเราต้องการให้คุณอยู่กับความคิด นี่คือสิ่งต่อไปนี้: การกลายพันธุ์ของดีเอ็นเอ การกลายพันธุ์ของโครโมโซม และการผสมข้ามสายพันธุ์เป็นพื้นฐานของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในสายพันธุ์ที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ. หากไม่มีกลไกเหล่านี้ เราคงประสบกับความล้มเหลวทางวิวัฒนาการ

ตอนนี้ เราปิดท้ายด้วยคำถามที่จะทำให้ผู้อ่านมากกว่าหนึ่งคนงุนงง: กลไกของความแปรปรวนทางพันธุกรรมเกิดขึ้นหรือไม่ ในระหว่างการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ เป็นไปได้อย่างไรที่มีสิ่งมีชีวิตที่ดำรงชีวิตด้วยระบบการขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศตลอดประวัติศาสตร์? ประวัติศาสตร์? อย่างที่คุณเห็น มีปัญหาที่ยังรอเราอยู่

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• เฉิน, วาย. ม., เฉิน, ม. ค. ช้าง ป. ซี, & เฉิน, เอส. ชม. (2012). อัลกอริทึมทางพันธุกรรมโครโมโซมเทียมแบบขยายสำหรับปัญหาการจัดตารางเวลาร้านค้าลำดับการเรียงสับเปลี่ยน คอมพิวเตอร์และวิศวกรรมอุตสาหการ, 62(2), 536-545.
• เคล็คเนอร์, เอ็น. (1996). ไมโอซิส: มันทำงานอย่างไร?. การดำเนินการของ National Academy of Sciences, 93(16), 8167-8174
• มิทเชล, แอล. เอ, & โบเก้, เจ. ง. (2014). การเรียงสับเปลี่ยนแบบวงกลมของโครโมโซมยูคาริโอตสังเคราะห์ด้วยเทโลเมอเรเตอร์ การดำเนินการของ National Academy of Sciences, 111(48), 17003-17010
• ชวาร์ซเชอร์, ที. (2003). ไมโอซิส การรวมตัวกันใหม่ และโครโมโซม: การทบทวนการแยกยีนและข้อมูลการผสมพันธุ์เรืองแสงในแหล่งกำเนิดในพืช วารสารพฤกษศาสตร์ทดลอง, 54(380), 11-23.
• ซีเบงกา, เจ. (1999). อะไรทำให้โครโมโซมที่คล้ายคลึงกันมาพบกันในไมโอซิส การทบทวนและสมมติฐาน โครโมโซม, 108(4), 209-219.