Welcome to BIO 102 Instructor: Dr Phoebe Stavride stavride.p@unic.ac.cy Textbook: CAMPBELL BIOLOGY, NINTH EDITION Jane B. Reece, Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson
Κεφάλαιο 13 Μείωση και φυλετικοί βιολογικοί κύκλοι
Γενικά Ένα από τα χαρακτηριστικά της ζωής είναι η ικανότητα των οργανισμών να αναπαράγονται δημιουργώντας άτομα του ίδιου είδους. Οι απόγονοι μοιάζουνε με τους γονείς τους περισσότερο από ό,τι με μη συγγενικά άτομα Πού οφείλεται αυτή η ομοιότητα?
Μερικοί ορισμοί Κληρονομικότητα (Heredity) Η μεταβίβαση των χαρακτηριστικών από μία γενεά στην άλλη. Ποικιλομορφία (Variation) Οι απόγονοι δεν είναι πανομοιότυπα αντίγραφα των γονέων ή των αδελφών τους. Παρουσιάζουν διαφορές. Γενετική (Genetics) Είναι η επιστημονική μελέτη της κληρονομικότητας και της κληρονομικής ποικιλομορφίας.
13.1: Οι απόγονοι αποκτούν τα γονίδια των γονέων κληρονομώντας χρωμοσώματα Για την ακρίβεια, τα παιδιά δεν κληρονομούν τα χαρακτηριστικά των γονέων κληρονομούν γονίδια Τα γονίδια (genes) είναι οι μονάδες της κληρονομικότητας και αποτελούνται από DNA Βρίσκονται στα χρωμοσώματα (chromosomes) Σε κάθε χρωμόσωμα υπάρχουν από εκατοντάδες μέχρι και χιλιάδες γονίδια Η πληροφορία κωδικοποιείται στο DNA σαν μία αλληλουχία από 4 διαφορετικές βάσεις: A, C, G, T
13.1: Οι απόγονοι αποκτούν τα γονίδια των γονέων κληρονομώντας χρωμοσώματα Κάθε γονίδιο έχει συγκεκριμένη θέση κατά μήκος του χρωμοσώματος που ονομάζεται γενετικός τόπος (locus) Κάθε οργανισμός έχει συγκεκριμένο αριθμό χρωμοσωμάτων για παράδειγμα ο άνθρωπος έχει 46 (23 ζευγάρια χρωμοσωμάτων) Τα γονίδια μεταφέρονται στην επόμενη γενιά μέσω αναπαραγωγικών κυττάρων που ονομάζονται γαμέτες (ωάρια και σπερματοζωάρια)
Αναπαραγωγή Υπάρχουν δύο τύποι αναπαραγωγής: Φυλετική αναπαραγωγή (sexual reproduction) Αφυλετική αναπαραγωγή (asexual reproduction)
Σύγκριση αφυλετικής και φυλετικής αναπαραγωγής Στην αφυλετική αναπαραγωγή, ένας μόνο γονέας παράγει απογόνους χωρίς οι οποίοι είναι γενετικά πανομοιότυποι με το γονέα και μεταξύ τους (ΚΛΩΝΟΙ) Στη φυλετική αναπαραγωγή, δύο γονείς παράγουν απογόνους οι οποίοι έχουν ένα μοναδικό συνδυασμό γονιδίων, που κληρονόμησαν και από τους δύο γονείς
0.5 mm Parent Bud (α) Ύδρα (β) Σεκόγιες
Video: Hydra Budding
Ερώτηση Ένας ανθοκόμος διασταυρώνει ορχιδέες, προσπαθώντας να δημιουργήσει ένα φυτό που να έχει κάποιον ιδιαίτερο συνδυασμό επιθυμητών γνωρισμάτων. Μετά από πολλά χρόνια το κατορθώνει. Για να αυξήσει τα άτομα του νέου συνδυασμού τί πρέπει να κάνει; Να κλωνοποιήσει το φυτό ή να το διασταυρώσει;
Οργάνωση του γενετικού υλικού (Επανάληψη) Όλο το DNA του κυττάρου αποτελεί το γονιδίωμά (genome) του Το γονιδίωμα μπορεί να αποτελείται από ένα και μόνο μόριο DNA (κάτι που συμβαίνει συχνά στους προκαρυωτικούς οργανισμούς) ή ένα συγκεκριμένο αριθμό μορίων DNA (σύνηθες στα ευκαρυωτικά κύτταρα) Κάθε μόριο DNA στο κύτταρο είναι πακεταρισμένο σε ένα χρωμόσωμα (chromosome)
Τα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα αποτελούνται από χρωματίνη (chromatin), ένα σύμπλοκο DNA και πρωτεΐνης που συμπυκνώνεται κατά τη διαίρεση του κυττάρου Κάθε είδος έχει ένα χαρακτηριστικό αριθμό χρωμοσωμάτων Τα σωματικά κύτταρα (somatic cells, =τα μη αναπαραγωγικά κύτταρα) έχουν δύο σετ χρωμοσωμάτων Οι γαμέτες (gametes, αναπαραγωγικά κύτταρα: ωάρια και σπερματοζωάρια) έχουν τα μισά χρωμοσώματα από ό,τι τα σωματικά κύτταρα (ένα σετ)
Κατανομή των χρωμοσωμάτων κατά την ευκαρυωτική κυτταρική διαίρεση (Επανάληψη) Πριν από τη διαίρεση του κυττάρου, το DNA διπλασιάζεται (αντιγράφεται) και τα χρωμοσώματα συμπυκνώνονται Κάθε χρωμόσωμα έχει δύο αδελφές χρωματίδες (sister chromatids, αντίγραφα του αρχικού χρωμοσώματος ενωμένα μεταξύ τους), οι οποίες διαχωρίζονται κατά την κυτταρική διαίρεση Το κεντρομερές (centromere) είναι το πιο στενό σημείο του διπλασιασμένου χρωμοσώματος
Αδελφές χρωματίδες Κεντρομερές 0.5 µm Κατά την κυτταρική διαίρεση, οι δύο αδελφές χρωματίδες διαχωρίζονται και κινούνται σε δύο ξεχωριστούς πυρήνες Μετά το διαχωρισμό τους, οι χρωματίδες αποκαλούνται πλέον χρωμοσώματα
Figure 12.5-1 1 Chromosomes Centromere Chromosomal DNA molecules Chromosome arm
Figure 12.5-2 1 Chromosomes Centromere Chromosomal DNA molecules 2 Chromosome arm Chromosome duplication (including DNA replication) and condensation Sister chromatids
Η κυτταρική διαίρεση αποτελείται από Τη μίτωση (mitosis), τη διαίρεση του γενετικού υλικού που βρίσκετα στον πυρήνα Την κυτταροκίνηση (cytokinesis), τη διαίρεση του κυτταροπλάσματος (cytoplasm) Οι γαμέτες παράγονται από μία παραλλαγή της κυτταρικής διαίρεσης που ονομάζεται μείωση (meiosis) Η μείωση παράγει θυγατρικά κύτταρα που διαφέρουν μεταξύ τους και έχουν μόνο ένα σετ χρωμοσωμάτων, τα μισά από ό,τι είχε το αρχικό κύτταρο
BioFlix: Mitosis
Figure 12.7 10 µm G 2 of Interphase Prophase Prometaphase Metaphase Anaphase Telophase and Cytokinesis Centrosomes (with centriole pairs) Chromatin (duplicated) Early mitotic spindle Aster Centromere Fragments of nuclear envelope Nonkinetochore microtubules Metaphase plate Cleavage furrow Nucleolus forming Nucleolus Nuclear envelope Plasma membrane Chromosome, consisting of two sister chromatids Kinetochore Kinetochore microtubule Spindle Centrosome at one spindle pole Daughter chromosomes Nuclear envelope forming
13.2: Γονιμοποίηση και μείωση εναλλάσσονται στους φυλετικούς βιολογικούς κύκλους Βιολογικός κύκλος (life cycle) Είναι η σειρά των σταδίων από τα οποία διέρχεται ένας οργανισμός, κατά την αναπαραγωγική του ιστορία, από τη μία γενεά στην άλλη Το διάστημα που μεσολαβεί από την σύλληψή του έως την παραγωγή απογόνων Γονιμοποίηση και μείωση εναλλάσσονται στους φυλετικούς βιολογικούς κύκλους
Σειρές χρωμοσωμάτων στα ανθρώπινα κύτταρα Στους ανθρώπους, κάθε σωματικό κύτταρο έχει 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων Δύο σετ (ένα σετ από κάθε γονέα) Τα δύο χρωμοσώματα σε κάθε ζεύγος είναι παρόμοια ΟΜΟΛΟΓΑ (homologous chromosomes, or homologs) Πού διαφέρουν;
Καρυότυπος Μια απεικόνιση των χρωμοσωμάτων στο κύτταρο Απομονώνονται σωματικά κύτταρα και επεξεργάζονται με χρωστικές ουσίες Ανάπτυξη κυττάρων σε καλλιέργεια Κύτταρα στη μετάφαση βάφονται Παρατηρούνται με μικροσκόπιο Χρωμοσωμικές ανωμαλίες Πχ. Σύνδρομο Down
Ομόλογα Χρωμοσώματα Είναι τα 2 χρωμοσώματα κάθε ζεύγους Ίδιο μήκος Κεντρομερή στην ίδια θέση Κοινό πρότυπο χρώσης στον καρυότυπο Έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά : Φέρουν γονίδια που ελέγχουν τους ίδιους κληρονομικούς χαρακτήρες Υπάρχουν 22 ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων Ονομάζονται και ΑΥΤΟΣΩΜΑΤΙΚΑ (autosomes)
Φυλετικά Χρωμοσώματα (Sex chromosomes) Το 23 ο ζεύγος Είναι ξεχωριστά στα χαρακτηριστικά τους Παρουσιάζονται ως X και Y Καθορίζουν το φύλο του ατόμου ΧΧ θηλυκό ΧΥ αρσενικό
Διπλοειδή κύτταρα 1 Κάθε ζεύγος χρωμοσωμάτων περιλαμβάνει ένα χρωμόσωμα από κάθε γονέα Τα 46 χρωμοσώματα σε ένα ανθρώπινο σωματικό κύτταρο είναι στην πραγματικότητα δύο σετ 23 χρωμοσωμάτων: ένα από τη μητέρα και ένα από τον πατέρα Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων που περιλαμβάνονται σε κάθε σετ συμβολίζεται ως n Ένα διπλοειδές κύτταρο (diploid cell, 2n) έχει δύο σετ χρωμοσωμάτων Για τον άνθρωπο, ο διπλοειδής αριθμός είναι 46 (2n = 46) Σωματικά κύτταρα
Κύτταρο που έχει ολοκληρώσει τη φάση σύνθεσης του DNA Όλα τα χρωμοσώματα έχουν αντιγράφει Κάθε ένα αποτελείται από δύο πανομοιότυπες αδελφές χρωματίδες Οι αδελφές χρωματίδες συνδέονται στενά με το κεντρομερές και κατά μήκος των βραχιόνων τους
Απλοειδή κύτταρα Γαμέτες Σε αντίθεση με τα σωματικά κύτταρα Οι γαμέτες (σπερματοζωάρια και ωάρια) έχουν μία μόνο σειρά χρωματοσωμάτων n = 23 Τα κύτταρα αυτά ονομάζονται απλοειδή (haploid cells) Το ωάριο περιέχει ένα χρωμόσωμα Χ και 22 αυτοσωματικά χρωμοσώματα Το σπερματοζωάριο περιέχει ένα χρωμόσωμα Υ και 22 αυτοσωματικά χρωμοσώματα
Συμπεριφορά σειρών ομόλογων χρωματοσωμάτων στον βιολογικό κύκλο 1 Κατά την διάρκεια της σεξουαλικής ωριμότητας Οι γονάδες (ωοθήκες και όρχεις) παράγουν απλοειδή γαμετικά κύτταρα με την τροποποιημένου τύπου κυτταρική διαίρεση που ονομάζεται ΜΕΙΩΣΗ Η μείωση Μειώνει τον αριθμό χρωμοσωμάτων στους γαμέτες στο ΜΙΣΟ αντισταθμίζοντας έτσι τον διπλασιασμό που συμβαίνει κατά την γονιμοποίηση Οι γαμέτες είναι τα μόνα ανθρώπινα κύτταρα που παράγονται με μείωση
Συμπεριφορά σειρών ομόλογων χρωματοσωμάτων στον βιολογικό κύκλο 2 Με την γονιμοποίηση (fertilization) Οι γαμέτες (n) ενώνονται και παράγουν ένα ζυγωτό (zygote) που είναι διπλοειδές (2n) n + n = 2n Το Ζυγωτό Αναπτύσεται σε ενήλικα οργανισμό με την διαδικασία της μίτωσης Δηλαδή: Χρησιμοποιεί την μίτωση για να διαιρεθεί περεταίρω
Ο βιολογικός κύκλος του ανθρώπου Η μείωση έχει σαν αποτέλεσμα κύτταρα με ένα σετ χρωμοσωμάτων...ενώ η γονιμοποίηση μετατρέπει δύο απλοειδή κύτταρα σε ένα διπλοειδές Η γονιμοποίηση και η μείωση εναλλάσσονται σε ένα φυλετικό αναπαραγωγικό κύκλο, διατηρώντας έτσι τον αριθμό των χρωμοσωμάτων σταθερό
Ποικιλομορφία των φυλετικών αναπαραγωγικών βιολογικών κύκλων Υπάρχουν 3 διαφορετικοί τύποι βιολογικού κύκλου σε οργανισμούς που αναπαράγονται φυλετικά Η εναλλαγή μείωσης και γονιμοποίησης είναι κοινή σε όλους Διαφέρουν στην χρονική στιγμή της μείωσης και γονιμοποίησης
Ποικιλομορφία των φυλετικών αναπαραγωγικών βιολογικών κύκλων 2 Ζώα Η μείωση συμβαίνει στα προγονικά γαμετικά κύτταρα Δηλαδή: Κατά την παραγωγή των γαμετικών κυττάρων Οι γαμέτες είναι τα μόνα απλοειδή κύτταρα και δε διαιρούνται περεταίρω πριν τη γονιμοποίηση Το διπλοειδές ζυγωτό αναπτύσσεται σε πολυκύτταρο οργανισμό με μίτωση
Ποικιλομορφία των φυλετικών αναπαραγωγικών βιολογικών κύκλων 2 Φυτά και ορισμένα φύκη Εναλλαγή γενεών: Διέρχονται διαδοχικά από ένα απλοειδές και ένα διπλοειδές πολυκύτταρο στάδιο Σποριόφυτο: Διπλοειδής οργανισμός που δημιουργεί απλοειδή σπόρια με μείωση Σπόρια: Αναπτύσσονται με μίτωση σε ένα πολυκύτταρο απλοειδή οργανισμό, το γαμετόφυτο Γαμετόφυτο: Δίνει τους γαμέτες με μίτωση Γονιμοποίηση δίνει και πάλι διπλοειδή οργανισμό
Ποικιλομορφία των φυλετικών αναπαραγωγικών βιολογικών κύκλων 3 Μύκητες Στους περισσότερους μύκητες το μόνο διπλοειδές στάδιο είναι το ζυγωτό δεν υπάρχει πολυκύτταρο διπλοειδές στάδιο Το ζυγωτό διαιρείται με ΜΕΙΩΣΗ Προκύπτουν απλοειδή κύτταρα που ακολούθως διαιρούνται ΜΙΤΩΤΙΚΑ και αναπτύσσουν πολυκυτταρικό απλοειδή οργανισμό Ο απλοειδής οργανισμός παράγει γαμέτες με την διαδικασία της ΜΙΤΩΣΗΣ
Συμπερασματικά: Ανάλογα με τον τύπο του βιολογικού κύκλου, τόσο τα απλοειδή όσο και τα διπλοειδή κύτταρα μπορούν να διαιρεθούν με μίτωση ΑΛΛΑ μόνο διπλοειδή κύτταρα μπορούν να διαιρεθούν με μείωση Και στα τρία είδη βιολογικών κύκλων, η μείωση των χρωμοσωμάτων (από 2n σε n) και ο διπλασιασμός τους (από n σε 2n) κατά τη γονιμοποίηση συμβάλλουν στη γενετική ποικιλομορφία των απογόνων
Η μείωση μειώνει τον αριθμό των χρωμοσωμάτων από 2n σε n Όπως και η μίτωση, μπορεί να γίνει μόνο μετά την ολοκλήρωση της αντιγραφής του DNA. Η μείωση αποτελείται από 2 διαδοχικές διαιρέσεις, οι οποίες ονομάζονται ΜΕΙΩΣΗ Ι και ΜΕΙΩΣΗ ΙΙ Οι δύο κυτταρικές διαιρέσεις έχουν σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία τεσσάρων θυγατρικών κυττάρων και όχι δύο όπως γίνεται στη μίτωση Το κάθε θυγατρικό κύτταρο έχει τα μισά χρωμοσώματα σε σχέση με το αρχικό
Τα στάδια της Μείωσης Μείωση I: Οι αδελφές χρωματίδες δεν διαχωρίζονται Διαχωρισμός των ομόλογων χρωμοσωμάτων Οι αριθμός χρωμοσωμάτων σε κάθε στα 2 θυγατρικά κύτταρα μειώνεται στο ήμισυ. Μείωση ΙΙ: Ακριβώς όπως την ΜΙΤΩΣΗ
Τα στάδια της Μείωσης Μετά το διπλασιασμό των χρωμοσωμάτων έχουμε δύο διαιρέσεις: Μείωση Ι Διαχωρισμός ομόλογων χρωμοσωμάτων Δίνει δύο απλοειδή θυγατρικά κύτταρα με διπλασιασμένα χρωμοσώματα Μειώνει τον αριθμό των χρωμοσωμάτων από διπλοειδή σε απλοειδή (αναγωγική διαίρεση) Μείωση ΙΙ Διαχωρισμός αδελφών χρωματίδων (εξισωτική διαίρεση) Δίνει τέσσερα απλοειδή θυγατρικά κύτταρα (όπου τα χρωμοσώματα ΔΕΝ είναι διπλασιασμένα) Παρόμοια με τη μίτωση Το τελικό αποτέλεσμα είναι τέσσερα απλοειδή θυγατρικά κύτταρα
Προσέξτε ότι... Πριν από τη Μείωση I έχουμε το διπλασιασμό των χρωμοσωμάτων κατά τη μεσόφαση (interphase) Οι αδελφές χρωματίδες που σχηματίζονται είναι γενετικά πανομοιότυπες και συνδεδεμένες στο κεντρομερές Το αρχικά ένα κεντροσωμάτιο διπλασιάζεται επίσης, εξού και έχουμε δύο κεντροσωμάτια
BioFlix: Meiosis
Figure 13.8 MEIOSIS I: Separates homologous chromosomes MEIOSIS I: Separates sister chromatids Prophase I Metaphase I Anaphase I Telophase I and Cytokinesis Prophase II Metaphase II Anaphase II Telophase II and Cytokinesis Centrosome (with centriole pair) Sister Chiasmata chromatids Spindle Centromere (with kinetochore) Metaphase plate Sister chromatids remain attached Homologous chromosomes Fragments of nuclear envelope Duplicated homologous chromosomes (red and blue) pair and exchange segments; 2n = 6 in this example. Microtubule attached to kinetochore Chromosomes line up by homologous pairs. Homologous chromosomes separate Each pair of homologous chromosomes separates. Cleavage furrow Two haploid cells form; each chromosome still consists of two sister chromatids. During another round of cell division, the sister chromatids finally separate; four haploid daughter cells result, containing unduplicated chromosomes. Sister chromatids separate Haploid daughter cells forming
Στη μείωση Ι έχουμε 4 στάδια: Πρόφαση I Μετάφαση I Ανάφαση I Τελόφαση I και κυτταροκίνηση
Πρόφαση I Η πρόφαση I συνήθως παίρνει περισσότερο από το 90% του χρόνου της μείωσης Τα χρωμοσώματα ξεκινούν να συμπυκνώνονται Γίνεται σύναψη (synapsis), όπου τα ομόλογα χρωμοσώματα σχηματίζουν χαλαρά συνδεδεμένα ζεύγη, προσανατολισμένα με τον ίδιο τρόπο, (έτσι ώστε τα ίδια γονίδια να βρίσκονται δίπλα το ένα στο άλλο)
Κάθε ζεύγος χρωμοσωμάτων σχηματίζει μια τετράδα (tetrad), ένα γκρουπ τεσσάρων χρωματίδων Κατά τον επιχιασμό (crossing over), οι ΜΗαδελφές χρωματίδες ανταλλάζουν τμήματα του DNA Κάθε τετράδα έχει ένα ή περισσότερα χιάσματα (chiasmata), δηλαδή τις περιοχές όπου συνέβηκε ο επιχιασμός που έχουν σχήμα X
Μετάφαση I Στη μετάφαση I, οι τετράδες είναι που διευθετούνται στην ισημερινή πλάκα, με κάθε ένα διπλασιασμένο χρωμόσωμα να προσανατολισμένο προς διαφορετικό πόλο Οι μικροσωληνίσκοι από αυτό τον πόλο συνδέονται με το κεντρομερές του χρωμοσώματος
Ανάφαση I Διαχωρίζονται τα ζεύγη των ομόλογων χρωμοσωμάτων ΔΕΝ διαχωρίζονται οι ομόλογες χρωματίδες Κίνηση ζευγών αντιδιαμετρικά προς τον κάθε πόλο Οι αδελφές χρωματίδες παραμένουν ενωμένες στο κεντρομερές καθώς κινούνται προς τον πόλο
Τελόφαση I και Κυτταροκίνηση Στην αρχή της τελόφασης, σε κάθε πλευρά του αρχικού κυττάρου υπάρχει ένα απλοειδές σετ χρωμοσωμάτων, που είναι όμως διπλασιασμένο (έχει δύο αδελφές χρωματίδες) Η κυτταροκίνηση συνήθως συμβαίνει ταυτόχρονα με την τελόφαση, δίνοντας δύο απλοειδή θυγατρικά κύτταρα
Στα ζώα σχηματίζεται μια αύλακα διαίρεσης (cleavage furrow), ενώ στα φυτά σχηματίζεται η κυτταρική πλάκα (cell plate) Πάμε κατευθείαν στη Μείωση II χωρίς να ξαναδιπλασιαστεί το DNA (αφού τα χρωμοσώματα είναι ήδη διπλασιασμένα)
Η διαίρεση στη μείωση II συμβαίνει επίσης σε 4 φάσεις Πρόφαση II Μετάφαση II Ανάφαση II Τελόφαση II και κυτταροκίνηση Η Μείωση II είναι ανάλογη της μίτωσης
Πρόφαση II Σχηματίζεται και πάλι μια άτρακτος Κατά το τέλος της Πρόφασης II, τα χρωμοσώματα (που αποτελούνται ακόμα από δύο χρωματίδες) κινούνται προς τον ισημερινό
Μετάφαση II Κατά τη μετάφαση II, οι αδελφές χρωματίδες βρίσκονται στον ισημερινό (Εξαιτίας του επιχιασμού που έγινε κατά τη Μείωση I, οι δύο αδελφές χρωματίδες του κάθε χρωμοσώματος δεν είναι πλεόν γενετικά πανομοιότυπες) Οι κινητοχώροι των χρωματίδων συνδέονται με μικροσωληνίσκους από αντίθετους πόλους
Ανάφαση II Κατά την ανάφαση II, διαχωρίζονται οι αδελφές χρωματίδες Οι αδελφές χρωματίδες κινούνται (σαν ανεξάρτητα πλέον χρωμοσώματα) προς αντίθετους πόλους
Τελόφαση II και κυτταροκίνηση Κατά την τελόφαση II, τα χρωμοσώματα φτάνουν στους αντίθετους πόλους Σχηματίζονται πυρήνες και τα χρωμοσώματα αρχίζουν να αποσυμπυκνώνονται Η κυτταροκίνηση διαχωρίζει το κυτταρόπλασμα
Στο τέλος της Μείωσης έχουμε τέσσερα θυγατρικά κύτταρα, το καθένα με απλοειδή αριθμό χρωμοσωμάτων (μη διπλασιασμένων) Κάθε θυγατρικό κύτταρο είναι διαφορετικό, τόσο από το αρχικό, όσο και από τα υπόλοιπα 3 που δημιουργήθηκαν μαζί του
Σύγκριση Μίτωσης και Μείωσης Ημίτωση διατηρεί τον αριθμό των χρωμοσωμάτων και δίνει κύτταρα που είναι γενετικά πανομοιότυπα με το αρχικό κύτταρο Η μείωση μειώνει τον αριθμό των χρωμοσωμάτων, από δύο σετ (διπλοειδή) σε ένα σετ (απλοειδή), και δίνει κύτταρα που διαφέρουν γενετικά τόσο από το αρχικό κύτταρο όσο και μεταξύ τους
Η διαφορά ανάμεσα στη μίτωση και τη μείωση μπορεί να εντοπιστεί σε τρία γεγονότα που συμβαίνουν κατά τη Μείωση Ι Η σύναψη και ο επιχιασμός κατά την Πρόφαση Ι: Τα ομόλογα χρωμοσώματα συνδέονται και ανταλλάζουν γενετικό υλικό Κατά τη μετάφαση στον ισημερινό έχουμε τετράδες αντί για μεμονωμένα διπλασιασμένα χρωμοσώματα Κατά την Ανάφαση Ι διαχωρίζονται τα ομόλογα χρωμοσώματα αντί για τις αδελφές χρωματίδες
Γενετική ποικιλομορφία Τυχαίες μεταλλάξεις δημιουργούν διαφορετικές εκδοχές ενός γονιδίου, που ονομάζονται αλληλόμορφα (ή και αλλήλια, alleles) Μεταλλάξεις (mutations) = αλλαγές στο DNA ενός οργανισμού Η ανακατανομή των αλληλίων κατά τη φυλετική αναπαραγωγή προάγει τη γενετική ποικιλομορφία: κάθε μέλος ενός φυλετικά αναπαραγώμενου πλυθησμού έχει ένα διαφορετικό συνδυασμό χαρακτηριστικών
Προέλευση της γενετικής ποικιλομορφίας Στα είδη που αναπαράγονται φυλετικά, το μεγαλύτερο μέρος της ποικιλομορφίας που εμφανίζεται σε κάθε γενεά οφείλεται στην συμπεριφορά των χρωμοσωμάτων κατά την μείωση και την γονιμοποίηση: Ανεξάρτητος συνδυασμός χρωμοσωμάτων Επιχιασμός Τυχαία γονιμοποίηση
Ανεξάρτητος συνδυασμός χρωμοσωμάτων Τα ομόλογα ζεύγη χρωμοσωμάτων προσανατολίζονται τυχαία κατά τη μετάφαση Ι της μείωσης Ανεξάρτητος ανασυνδυασμός (independent assortment) = κάθε ζεύγος χρωμοσωμάτων κατανέμει το μητρικό και το πατρικό ομόλογο σε ένα θυγατρικό κύτταρο ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα ζεύγη χρωμοσωμάτων
Ο αριθμός πιθανών συνδυασμών όταν ζεύγη των χρωμοσώματων κατανέμονται ανεξάρτητα στους γαμέτες είναι 2 n, όπου το n είναι ο απλοειδής αριθμός Για τον άνθρωπο (όπου n = 23), υπάρχουν περισσότερα από 8 εκατομμύρια (2 23 ) πιθανοί συνδυασμοί χρωμοσωμάτων
Επιχιασμός (Crossing over) Ο επιχιασμός παράγει ανασυνδυασμένα χρωμοσώματα (recombinant chromosomes), τα οποία συνδυάζουν DNA προερχόμενο από δύο γονείς Ξεκινά στην αρχή της Πρόφασης Ι, όταν τα ομόλογα χρωμοσώματα «ζευγαρώνουν» χαλαρά, στοιχιμένα γονίδιο με γονίδιο......και αποτελεί την ανταλλαγή τμημάτων ανάμεσα σε μη αδελφές χρωματίδες Συνδυάζοντας DNA από δύο γονείς σε ένα μόνο χρωμόσωμα, ο επιχιασμός αυξάνει τη γενετική ποικιλομορφία Σε κάθε χρωμόσωμα παρατηρούνται από ένα μέχρι τρία χιάσματα (εξαρτάται από το μέγεθος του χρωμοσώματος και τη θέση του κεντρομερούς)
Τυχαία γονιμοποίηση (Random Fertilization) Ένα τυχαίο σπερματοζωάριο μπορεί να γονιμοποιήσει ένα οποιοδήποτε ωάριο Αλλά κάθε ένα ωάριο/σπερματοζωάριο μπορεί να έχει έναν από 8.4 εκατομμύρια πιθανούς συνδυασμούς (2 23 για ένα είδος με 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων, όπως έχουμε πει) Το ζυγωτό λοιπόν μπορεί να έχει οποιοδήποτε από 2 23 x2 23 συνδυασμούς = πάνω από 70 τρισεκατομμύρια Και αυτό χωρίς να λάβουμε καν υπόψην τον επιχιασμό!!! Επομένως κάθε ζυγωτό έχει μία εντελώς ξεχωριστή γενετική «ταυτότητα»
Animation: Genetic Variation Right-click slide / select Play
Γενετική ποικιλομορφία και εξέλιξη Η αρχική πηγή της ποικιλομορφίας είναι οι τυχαίες μεταλλάξεις που δίνουν διαφορετικά αλληλόμορφα για κάθε γονίδιο Η φυσική επιλογή έχει σαν αποτέλεσμα να αυξάνεται η συχνότητα κάποιων αλληλομόρφων, τα οποία ευνοούνται από το περιβάλλον Αν το περιβάλλον αλλάξει, ο πληθυσμός θα καταφέρει να επιβιώσει αν κάποια από τα μέλη του μπορούν να αντεπεξέλθουν στις νέες συνθήκες Η φυλετική αναπαραγωγή συμβάλλει στο να υπάρχει ποικιλομορφία σε ένα πληθυσμό