تغییر نسل: رقص پیچیده زندگی گیاهان
سلول هاپلوئید و دیپلوئید به زبان ساده
قبل از پرداختن به خود چرخه، باید دو مفهوم پایه را درک کنیم. تمامی موجودات زنده از سلول ساخته شدهاند و این سلولها حاوی اطلاعات ژنتیکی هستند که روی ساختارهایی به نام کروموزوم ذخیره شدهاند.
| نوع سلول | تعداد مجموعه کروموزوم | نماد | مثال |
|---|---|---|---|
| هاپلوئید | یک مجموعه (1n) | $ n $ | سلولهای اسپرم و تخمک در انسان |
| دیپلوئید | دو مجموعه (2n) | $ 2n $ | اکثر سلولهای بدن ما (پوست، ماهیچه و...) |
فرض کنید هر مجموعه کروموزوم مانند یک دستهکارت بازی است. یک سلول هاپلوئید فقط یک دستهکارت دارد ($ n $). وقتی دو سلول هاپلوئید (مثلاً اسپرم و تخمک) باهم ترکیب میشوند، یک سلول دیپلوئید به وجود میآید که دو دستهکارت کامل دارد ($ 2n $). این فرآیند ترکیب را لقاح6 مینامند.
اجزای اصلی چرخه تغییر نسل
در تغییر نسل، یک گیاه در طول زندگی خود به طور متناوب بین دو مرحله کاملاً مستقل در نوسان است. این دو مرحله را میتوان به دو فصل مختلف در زندگی یک گیاه تشبیه کرد.
۱. مرحله گامتوفیت (هاپلوئید): این مرحله از زندگی گیاه، با سلولهای هاپلوئید ($ n $) آغاز میشود. گیاه در این مرحله، گامتوفیت نام دارد. کار اصلی گامتوفیت، تولید سلولهای جنسی یا گامت7 است. گامتها نیز خود هاپلوئید هستند و از طریق فرآیند تقسیم سلولی سادهای به نام میتوز8 تولید میشوند. در نهایت، دو گامت نر و ماده با هم لقاح میکنند.
۲. مرحله اسپوروفیت (دیپلوئید): حاصل لقاح دو گامت هاپلوئید، یک سلول دیپلوئید به نام زیگوت9 ($ 2n $) است. این زیگوت رشد کرده و به موجودی دیپلوئید به نام اسپوروفیت تبدیل میشود. کار اسپوروفیت، تولید هاپلوئیدهای جدید است! اما چگونه؟ اسپوروفیت در اندامهای ویژهای خود، سلولهایی به نام اسپور10 تولید میکند. برای تولید اسپورهای هاپلوئید از یک سلول دیپلوئید، باید یک تقسیم سلولی خاص به نام مِیوز11 رخ دهد. میوز تعداد کروموزومها را نصف میکند. این اسپورهای هاپلوئید، دوباره میتوانند رشد کنند و به گامتوفیت جدیدی تبدیل شوند و چرخه از نو آغاز گردد.
مقایسه تغییر نسل در گیاهان مختلف
اهمیت و برجستگی مرحله گامتوفیت در مقابل اسپوروفیت، در گروههای مختلف گیاهی متفاوت است. این تفاوت، مسیر تکامل گیاهان را به ما نشان میدهد.
| گروه گیاهی | گیاه آشنا | مرحله غالب | توضیح |
|---|---|---|---|
| خزهها12 | خزه معمولی | گامتوفیت | آنچه ما به عنوان "خزه" سبز روی سنگها میبینیم، همان گامتوفیت است. اسپوروفیت بسیار کوچک و وابسته به گامتوفیت است. |
| سرخسها13 | سرخس | اسپوروفیت | گیاه بزرگ و برگداری که میبینیم، اسپوروفیت است. گامتوفیت آن یک ساختار کوچک و قلبیشکل مستقل به نام پروتال است. |
| گیاهان دانهدار14 | کاج، گندم، سیب | اسپوروفیت | درخت یا گیاهی که میبینیم، اسپوروفیت بسیار پیشرفتهای است. گامتوفیت آن به شدت کاهش یافته و کاملاً درون بافتهای اسپوروفیت محافظت میشود. |
یک مثال عینی: چرخه زندگی سرخس
برای درک بهتر، چرخه زندگی یک سرخس را قدمبهقدم دنبال میکنیم:
گام اول (اسپوروفیت): شما یک برگ سرخس زیبا را میبینید. این گیاه اصلی، مرحله اسپوروفیت است ($ 2n $). در زیر برگهای آن، نقاط قهوهای رنگی به نام سور وجود دارد که هر کدام حاوی کیسههای اسپور هستند. درون این کیسهها، سلولهای دیپلوئیدی هستند که با تقسیم مِیوز، اسپورهای هاپلوئید ($ n $) تولید میکنند.
گام دوم (گامتوفیت): این اسپورها در محیط پخش شده و اگر در جای مرطوبی بنشینند، رشد کرده و به یک ساختار کوچک، سبز و قلبیشکل به نام پروتال تبدیل میشوند. این پروتال، در واقع همان گامتوفیت است ($ n $).
گام سوم (لقاح): روی این پروتال، اندامهای جنسی نر و ماده تشکیل میشوند. اندام نر، سلولهای اسپرم ($ n $) و اندام ماده، سلول تخمک ($ n $) را تولید میکند. اسپرمها برای شنا کردن به سمت تخمک به رطوبت (مثلاً قطرات شبنم) نیاز دارند. با لقاح اسپرم و تخمک، یک زیگوت دیپلوئید ($ 2n $) به وجود میآید.
گام چهارم (بازگشت): این زیگوت بر روی پروتال (گامتوفیت) باقی میماند و با تقسیمات میتوزی متعدد، رشد کرده و به یک گیاه سرخس جدید (اسپوروفیت) تبدیل میشود. بدین ترتیب چرخه کامل میشود.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
- میتوز: برای رشد و تولیدمثل غیرجنسی استفاده میشود. تعداد کروموزوم ثابت میماند. مثلاً وقتی گامتوفیت هاپلوئید با میتوز گامت هاپلوئید تولید میکند، یا وقتی زیگوت دیپلوئید با میتوز به اسپوروفیت بزرگ تبدیل میشود.
- مِیوز: فقط برای تولید سلولهای جنسی (اسپور در گیاهان) استفاده میشود. تعداد کروموزوم نصف میشود. این کار تنها در مرحله اسپوروفیت و برای تولید اسپورهای هاپلوئید اتفاق میافتد.
پاورقی
1 Alternation of Generations - تغییر نسل: چرخه زندگی شامل دو مرحله هاپلوئید و دیپلوئید متناوب.
2 Haploid - هاپلوئید: سلولی که فقط یک مجموعه کروموزوم دارد (n).
3 Diploid - دیپلوئید: سلولی که دو مجموعه کروموزوم دارد (2n).
4 Gametophyte - گامتوفیت: مرحله هاپلوئید چرخه زندگی گیاه که گامت تولید میکند.
5 Sporophyte - اسپوروفیت: مرحله دیپلوئید چرخه زندگی گیاه که اسپور تولید میکند.
6 Fertilization - لقاح: فرآیند ادغام دو گامت برای تشکیل یک زیگوت.
7 Gamete - گامت: سلول جنسی هاپلوئید (مانند اسپرم یا تخمک).
8 Mitosis - میتوز: تقسیم سلولی که در آن سلولهای دختر از نظر ژنتیکی مشابه سلول مادر هستند و تعداد کروموزوم ثابت میماند.
9 Zygote - زیگوت: سلول تخم دیپلوئید حاصل از لقاح.
10 Spore - اسپور: سلول هاپلوئید مقاوم که میتواند بدون لقاح به یک گامتوفیت جدید رشد کند.
11 Meiosis - میوز: تقسیم سلولی کاهشی که برای تولید گامتها یا اسپورها استفاده شده و تعداد کروموزوم را نصف میکند.
12 Bryophytes - خزهها: سادهترین گیاهان خشکیزی که گامتوفیت مرحله غالب زندگی آنهاست.
13 Pteridophytes - سرخسها: گیاهان آونددار بدون دانه که اسپوروفیت مرحله غالب آنهاست.
14 Seed Plants - گیاهان دانهدار: پیشرفتهترین گیاهان که شامل بازدانگان و نهاندانگان میشوند.
