تنوع ژنتیکی: نقش کلیدی تقاطع و جدایش مستقل
مقدمهای بر سلولها و اطلاعات وراثتی
همهٔ موجودات زنده از سلول ساخته شدهاند. در مرکز هر سلول، هسته قرار دارد که حاوی کروموزوم۶ است. کروموزومها ساختارهای نخی شکلی هستند که از مولکول دیانای۷ و پروتئین ساخته شدهاند. دیانای همانند یک کتاب دستورالعمل است که تمام اطلاعات لازم برای ساخت و کارکرد یک موجود زنده را در خود نگهداری میکند. هر بخش از این دیانای که مسئول یک صفت خاص (مانند رنگ چشم یا گروه خونی) باشد، یک ژن۸ نامیده میشود.
انسانها به طور معمول 46 کروموزوم دارند که به صورت 23 جفت هستند. ما یکی از هر جفت کروموزوم را از پدر و دیگری را از مادر به ارث میبریم. سلولهای بدن که سلولهای سوماتیک۹ نام دارند، این مجموعه کامل کروموزومها را در خود دارند. اما سلولهای جنسی یا گامتها (اسپرم و تخمک) فقط نیمی از این تعداد، یعنی 23 کروموزوم را دارند. وقتی اسپرم و تخمک در فرآیند لقاح۱۰ با هم ترکیب میشوند، سلول تخم اولیه با 46 کروموزوم تشکیل میشود.
میوز: رقص تقسیم برای ایجاد گامتها
برای تولید گامتهایی با تعداد کروموزوم نصف، سلولها باید نوع خاصی از تقسیم را پشت سر بگذارند که میوز نام دارد. میوز شامل دو مرحلهٔ تقسیم پشت سر هم (میوز I و میوز II) است که در نهایت از یک سلول اولیه، چهار سلول دختری با تعداد کروموزوم نصف به وجود میآید. اگر این کاهش تعداد رخ ندهد، در هر نسل تعداد کروموزومها دو برابر میشد! اما مهمتر از کاهش تعداد، رویدادهایی است که در طول میوز اتفاق میافتد و باعث ایجاد تنوع ژنتیکی فوقالعاده در گامتها میشود. دو رویداد اصلی در این زمینه، تقاطع کروموزومی و جدایش مستقل هستند.
تقاطع کروموزومی: معاملهٔ قطعات ژنتیکی
در مراحل اولیه میوز، کروموزومهای همولوگ۱۱ (جفتهایی که یکی از مادر و یکی از پدر به ارث رسیدهاند) کنار یکدیگر قرار میگیرند. در این مرحله است که تقاطع رخ میدهد. در این فرآیند، کروموزومهای همولوگ قطعاتی از دیانای خود را با یکدیگر مبادله میکنند. تصور کنید شما دو مداد رنگی، یکی آبی و یکی قرمز دارید که هر کدام نشاندهنده یک کروموزوم همولوگ هستند. اگر نوک این دو مداد را برش داده و با هم عوض کنید، اکنون هر مداد دارای بخشی از رنگ دیگری است. تقاطع در میوز نیز دقیقاً همین کار را انجام میدهد.
نتیجهٔ این فرآیند، ایجاد کروموزومهایی کاملاً جدید است که ترکیبی از ژنهای پدری و مادری هستند. این کروموزومهای «دورگه» دیگر دقیقاً مشابه کروموزومهای والدین نیستند. بنابراین، هر گامت تولید شده حاوی مجموعهای منحصربهفرد از ژنها خواهد بود.
| ویژگی | وقوع تقاطع | عدم وقوع تقاطع |
|---|---|---|
| تنوع در گامتها | بسیار بالا | پایین |
| میزان نوترکیبی۱۲ ژنها | زیاد | کم |
| مثال | یک کروموزوم حاوی ژنهای موقرمز (مادری) و قدبلند (پدری) | کروموزومها یا کاملاً مادری یا کاملاً پدری باقی میمانند |
جدایش مستقل: یک قرعهکشی بزرگ ژنتیکی
حالا نوبت به دومین فرآیند مهم، یعنی جدایش مستقل میرسد. در طول میوز I، جفت کروموزومهای همولوگ از هم جدا میشوند تا به سلولهای دختری مختلف بروند. قانون جدایش مستقل میگوید: «چگونگی جداشدن یک جفت کروموزوم، کاملاً مستقل از چگونگی جداشدن جفت کروموزوم دیگر است.»
برای درک بهتر، یک جعبه حاوی 23 جفت جوراب را در نظر بگیرید. هر جفت شامل یک جوراب آبی (نماد کروموزوم پدری) و یک جوراب قرمز (نماد کروموزوم مادری) است. حالا شما باید یکی از هر جفت را به طور تصادفی بردارید تا یک دسته 23 تایی از جورابها تشکیل دهید. این که از جفت اول چه رنگی برمیدارید (آبی یا قرمز)، هیچ تأثیری روی این ندارد که از جفت دوم، سوم یا بیست و سوم چه رنگی انتخاب خواهید کرد. نتیجه، مجموعهای کاملاً تصادفی و منحصربهفرد از جورابهاست.
در میوز نیز همین اتفاق میافتد. انتخاب این که کدام کروموزوم از هر جفت (مادری یا پدری) به کدام سلول دختری برود، کاملاً شانسی و مستقل از سایر جفتها است. این امر به طور تصاعدی بر تعداد ترکیبهای ممکن گامتها میافزاید.
نمایش عینی: چگونه خواهر و برادرها با هم تفاوت دارند؟
حالا این دو پدیده را در عمل و در زندگی واقعی بررسی میکنیم. فرض کنید پدری دارای ژنهای رنگ چشم قهوهای (B) و موی مجعد (C) است و مادری دارای ژنهای رنگ چشم آبی (b) و موی صاف (c). کروموزومهای آنها میتواند به صورت (B C) برای پدر و (b c) برای مادر باشد.
هنگام تشکیل گامت در پدر، تقاطع میتواند باعث شود کروموزومی به صورت (B c) ایجاد شود. از طرفی، جدایش مستقل تعیین میکند که کدام نسخه از ژنهای رنگ چشم و مو به یک گامت خاص برسد. بنابراین، پدر میتواند چهار نوع اسپرم مختلف تولید کند: (B C), (B c), (b C), (b c). مادر نیز به همین ترتیب. وقتی این گامتهای متنوع در لحظه لقاح با هم ترکیب میشوند، ترکیبهای ژنتیکی بسیار زیادی برای فرزندان ممکن میشود. به همین دلیل است که فرزندان یک خانواده—به جز دوقلوهای همسان—همگی از نظر ژنتیکی با یکدیگر و با والدین خود تفاوت دارند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر. این دو فرآیند فقط در طول تقسیم میوز و برای تولید گامتها اتفاق میافتند. تقسیم معمولی سلولهای بدن که «میتوز»۱۳ نام دارد، فاقد این رویدادها است و سلولهای دختری حاصل از آن، کاملاً مشابه سلول مادر هستند.
زیرا هر فرزند دقیقاً نیمی از ژنهای خود را از هر والد به ارث میبرد. این ژنها هستند که صفات اصلی را تعیین میکنند. تنوع به این معناست که ترکیب کدام نیمه از ژنهای پدر با کدام نیمه از ژنهای مادر تصادفی است، نه این که ژنهای کاملاً جدیدی ساخته شوند. بنابراین، فرزندان ترکیبی از صفات والدین را نشان میدهند، اما این ترکیب میتواند بین خواهر و برادرها متفاوت باشد.
تنوع ژنتیکی سنگ بنای تکامل و بقا است. اگر همهٔ افراد یک گونه از نظر ژنتیکی یکسان باشند، یک بیماری همهگیر یا یک تغییر ناگهانی در محیط میتواند منجر به نابودی کل جمعیت شود. اما در یک جمعیت متنوع، احتمالاً برخی افراد دارای ترکیب ژنتیکی هستند که به آنها اجازه میدهد در برابر تهدید جدید مقاومت کرده و زنده بمانند و ژنهای خود را به نسل بعد منتقل کنند.
پاورقی
۱ Genetic Diversity: گوناگونی در توالیهای DNA بین افراد یک گونه.
۲ Crossing Over: تبادل قطعات ژنتیکی بین کروموزومهای همولوگ در طی میوز.
۳ Independent Assortment: جداشدن مستقل کروموزومهای غیرهمولوگ از یکدیگر در طی میوز.
۴ Meiosis: نوعی تقسیم سلولی که منجر به تولید گامتها با تعداد کروموزوم نصف میشود.
۵ Gametes: سلولهای جنسی هاپلوئید (اسپرم و تخمک).
۶ Chromosome: ساختارهای سازمانیافتهای از DNA و پروتئین که حاوی ژنها هستند.
۷ DNA (Deoxyribonucleic Acid): مولکول حاوی اطلاعات وراثتی.
۸ Gene: بخشی از DNA که دستور ساخت یک مولکول عملکردی (معمولاً یک پروتئین) را دارد.
۹ Somatic Cells: تمام سلولهای بدن به جز سلولهای جنسی.
۱۰ Fertilization: فرآیند ادغام گامت نر و ماده برای تشکیل سلول تخم.
۱۱ Homologous Chromosomes: جفت کروموزومهایی که همانند هستند و ژنهای یکسان را در مکانهای یکسان حمل میکنند (یکی از پدر و یکی از مادر).
۱۲ Recombination: ایجاد ترکیبهای جدیدی از اللها روی یک کروموزوم.
۱۳ Mitosis: تقسیم سلولی برای رشد و ترمیم که منجر به تولید دو سلول دختری یکسان با سلول مادر میشود.
