اخترزیست: روابط بین تقسیم سلول و تولید مثل
هر جانداری از موجودی کم و بیش مشابه خود به وجود می‌آید. این حقیقت ساده‌ی زندگی از تجربه در طول هزاران سال شکل گرفته و در این گفته قدیمی خلاصه شده است. نظیر از نظیر به وجود می آید این جمله نظیر از نظیر به وجود می آید به طور دقیق صرفا در تولید مثل غیرجنسی مانند ترمیم در ستاره دریایی کاربرد دارد و این را می‌دانیم که ستاره های دریایی را فقط ستاره‌های دریایی به وجود می آورند . انسان را نیز انسان به وجود می آورند . درختان افرا فقط افرا تولید می کنند . در این حالت زاده ها تمام DNA خود را از یک والد به ارث می برند و از نظر ژنتیکی نیز به طور دقیق شبیه هم و شبیه تنها والد خود می باشند.جانداران تک سلولی مانند آمیب نیز به صورت غیر جنسی تولید مثل میکنند . اینجا اشاره به کروموزوم های آمیب میشود که شامل بیشترین مقدار DNA جاندار میباشد ، دو برابر میشود کروموزوم ها به صورت دو مجموعه ی مشابه در دو قطب سلول والد جمع می شوند . وقتی سلول والد تقسیم میشود دو سلول دختر حاصل از تقسیم از نظر ژنتیکی مشابه یکدیگر و شبیه به والد اصلی است . ( زیست شناسان کلمه ی دختر را فقط به منظور نشان دادن زاده ها به کار میبرند و هیچ گونه ارتباطی با نوع جنس آن ها ندارد. )
تولید مثل جنسی دقیقا نظیر از نظیر به وجود نمی آید . افراد حاصل از تولید مثل جنسی عموما شباهت بیشتری را به والدین خود ، در مقایسه با سایر افراد غیر خویشاوند همان گونه نشان می دهند ، اما دقیقا شبیه هم و شبیه به والدین خود نیستند . هر زاده ، مجموعه ژنی منحصر به فردی را از دو والد خود دریافت میکند . در نتیجه تولید مثل جنسی می تواند تنوع زیادی را در میان زاده ها ایجاد کند . انسان آموخت که میتواند نژاد های اهلی گیاهان و جانوران را از طریق کنترل تولید مثل جنسی بدست آورد . نژاد اهلی ، ویژگی های خاصی را از بین کل صفات گونه نشان میدهد . به عنوان مثال با این که همه ی سگ های اهلی به یک گونه ی واحد تعلق دارند اما تنوع در هر نژاد سگ نسبت به کل گونه ی سگ کمتر است . برای تولید هر یک از سگ های اهلی ، پرورش دهندگان از میان جمعیت های متنوع سگ ها ، افراد خاصی را با صفات خاصی انتخاب میکنند ، بعد به آن ها اجازه میدهند تا با هم جفت گیری کنند و افراد نسل بعد را به وجود بیاورند . به عبارتی دیگر آمیزش انتخابی راهی برای ایجاد نظیر از نظیر بیش از آنچه در طبیعت رخ میدهد ، میباشد . هر سلول فقط از تقسیم سلول ما قبل خود به وجود می آید . یک پزشک آلمانی به نام رودو لف فیرخو یکی از اصول مهم زیستی را به صورت زیر شرح داد . هر سلول فقط از تولید مثل سلول های دیگر به وجود می آید . اصل فیرخو به صورت مصور در تقسیم آمیب ، ترمیم ستاره دریایی و سلول تخم لقاح یافته ای که شروع به تقسیم کرده است دیده میشود . نظریه ی فیرخو هم ساده است و هم عمیق و پر معنی .
طبق این نظریه جاودانگی حیات که جنبه های مختلف تولید مثل و توارث را شامل میشود . بر پایه ی تولید مثل سلول هاست ، معمولا از تولید مثل سلولی با عنوان تقسیم سلولی یاد میشود . تقسیم سلولی دو نقش مهم را در جاودانگی چرخه زندگی جانوران و بقیه موجودات پرسلولی بازی میکند . اولی همان طور که قبلا اشاره شد تقسیم سلولی امکان تکوین تخم لقاح یافته را پس از طی مراحل مختلف جنینی به فرد بالغ فراهم میکند . دوم اینکه تقسیم سلولی ضمانتی برای ادامه زندگی از نسلی به نسل دیگر است که این مورد ، هم در تولید مثل غیرجنسی و هم در تولید اسپرم و تخمک در تولید مثل جنسی صدق میکند در ضمن پروکاریوت ها نیز از اصل فیرخو پیروی میکنند .
پروکاریوت ها از طریق تقسیم دوتایی تولید مثل میکنند .
پروکاریوت ها از طریق نوع خاصی از تقسیم سلولی به نام تقسیم دوتایی تولید مثل میکنند . در پروکاریوت ها بیشتر ژن ها در روی DNA حلقوی قرار گرفته است . که به همراه پروتئین ها تنها کروموزوم جاندار را به وجود می آورد . از نظر پیچیدگی کروموزوم های پروکاریوت ها بسیار ساده تر از کروموزوم های یوکاریوت ها هستند . با این که هر دو نوع کروموزوم دارای DNA و پروتئین هستند . سلول های پروکاریوتی معمولا کوچک تر و ساده تر از سلول های یوکاریوتی هستند .
با این وجود همانندسازی دقیق DNA و توزیع برابر نسخه ها بین دو باکتری دختر عملی پیچیده است .
چرخه ی سلولی یوکاریوت ها و تقسیم میتوز
کروموزوم های طویل و پیچیده ی یوکاریوت ها طی هر تقسیم سلولی همانندسازی میکنند .
سلول های یوکاریوتی پیچیده تر و معمولا بزرگتر از سلول های پروکاریوتی هستند و ژن های بیشتری نیز دارند . مثلا هر سلول انسان شامل ۱۰۰۰۰ ژن است ولی هر باکتری حدود ۳۰۰ ژن دارد تقریبا همه ی ژن های موجود در سلول های انسان و بقیه یوکاریوت ها در هسته ی سلول به شکل کروموزوم های متعدد گرد آمده اند.
نام کروموزوم به دلیل جذب کردن رنگ های خاصی است که برای مطالعه ی میکروسکوپی استفاده میشوند. هر یک از کروموزوم های یوکاریوت ها مانند کروموزوم پروکاریوت ها محتوی یک مولکول طویل DNA است که هزاران ژن را در برمیگیرد . با این حال کروموزوم یوکاریوتی ساختار بسیار پیچیده تری نسبت به کروزوم پروکاریوتی داشته و تعداد پروتئین های بیشتری دارد که به سازماندهی کروماتین کروموزوم و کنترل فعالیت ژن ها کمک میکنند . تعداد کروموزوم های سلول یوکاریوتی به نوع گونه بستگی دارد ، مثلا سلول های پیکری انسان عموما ۴۶ کروموزوم دارند . سلول یوکاریوتی دقیقا قبل از شروع تقسیم کلیه ی کروموزوم های خود را همانندسازی میکنند. مولکول DNA ی هر کروموزوم کپی میشود و مولکول های جدید پروتئینی به مقدار لازم به DNA میچسبند . در نتیجه حالا هر کروموزوم شامل دو نسخه برابر است که کروماتیدهای خواهری نامیده میشوند و شامل ژن های یکسانی هستند . با یک نمودار بسیار ساده جدا شدن کروماتیدهای خواهری یک کروموزوم مضاعف شده را نشان میدهد هر کروماتید به محض جدا شدن از کروماتید خواهری خود ، یک کروموزوم نامیده میشود . و این مشابه کروموزومی است که قبل از مضاعف شدن وجود داشت حال یک کروموزوم جدید به یکی از سلول های دختری میرسد و کروموزوم دیگر به سلول دختری دیگر وارد میشود به این صورت است که هر سلول دختری یک سری کامل و مشابه از کروموزوم را دریافت میکند . سلول ها در طی چرخه ی سلولی تکثیر میشوند . چگونه مضاعف شدن کروموزوم و تقسیم سلولی با حیات سلول و حیات یک موجود زنده متناسب میشود . همان طور که میدانید تقسیم سلولی لازمه ی حیات است . تقسیم سلول پایه و اساس تولید مثل هر موجود زنده ای است . تقسیم سلولی باعث میشود یک موجود پرسلولی رشد نموده و به اندازه ی زمان بلوغ خود برسد . تقسیم سلولی همچنین باعث جایگزین سلول های آسیب دیده و زخمی و ثابت نگه داشتن نسبی تعداد کل سلول های فرد بالغ میشود مثلا در بدن شما ، در هر ثانیه میلیون ها سلول باید تقسیم شوند !
۱۲ تا تعداد کلی ۶۰ تریلیون سلول شما حفظ شود . بعضی از سلول ها روزی یکبار تقسیم میشون برخی سلول ها کمتر از این مقدار و سلول های بسیار تخصص یافته ، مانند سلول های ماهیچه ای بالغ ، هرگز تقسیم نمیشوند . سلول های یوکاریوتی که تقسیم میشوند چرخه سلولی را میگذرانند . که این چرخه مشتمل بر مراحل منظم و متوالی وقایعی است که از لحظه تقسیم یک سلول به دو سلول دختر شروع میشود و تا زمانی که سلول دختری دوباره تقسیم شوند ادامه میابد . سلول قبل از اینکه تقسیم شود . تمام مختویات سیتوپلاسم خود را به طور غیر دقیق مضاعف میکند . اما DNA ی کروموزومی خود را به طور کاملا دقیق دو برابر میکند و بدین ترتیب آماده ی تقسیم میشود ، بیشتر چرخه ی سلولی در مرحله ی اینترفاز میگذرد در این مرحله فعالیت متابولیسمی سلول بسیار زیاد است زیرا اعمال مختلفی در جاندار انجام میشود . علاوه بر این در این مرحله کروموزوم ها مضاعف میشوند . بسیاری از بخش های سلول ساخته میشود و سلول به بیشترین رشد خود دست میابد . سنتز DNA که مهمترین واقعه در مضاعف شدن کروموزوم است در میانه ی اینترفاز رخ میدهد . تقسیم سلول یوکاریوتی شامل دو مرحله است ، در مرحله میتوز هسته محتویات آن که شامل کروموزوم های مضاعف شده است به طور مساوی بین دو هسته جدید تقسیم میشود . در طی دومین مرحله که سیتوکینز نامیده میشود . سیتوپلاسم بین دو سلول دختر تقسیم میشود سیتوکینز معمولا قبل از پایان میتوز شروع میشود . که از مجموع دو مرحله میتوز و سیتوکینز منجر به تولید دو سلول دختر میشود که از نظر ژنتیکی کاملا شبیه به هم بوده و هر کدام محتوی یک هسته منفرد هستند که به وسیله ی سیتوپلاسم و غشای پلاسمایی احاطه شده است . در اینجا به این موضوع اشاره میکنیم که میتوز و سیتوکینز با هم فاز میتوزی چرخه ی سلولی را تشکیل میدهند . و این تقسیم یک توانایی بی نظیر برای یوکاریوت هاست . و میتواند یک راه حل تکاملی برای توزیع برای مواد ژنتیکی در قالب کروموزوم های متعدد بین دو سلول دختر باشد . و این تقسیم میتوز مکانیسمی بسیار دقیق است . در اینجا به این موضوع اشاره میکنم که به هر حال با شروع میتوز ، تغییرات قابل توجهی در کروموزوم ها و ساختار های دیگر صورت گرفته است .
تقسیم سلولی ، یک تغییر پویای پیوسته است
در اینجا اگر ما چرخه ی سلولی یک جانوری را مانند سلول ماهی را بخواهیم توضیح دهیم در این چرخه مرحله ی اینترفاز هم آورده میشود . اما تاکید بر تغییرات مشخصی است که در طول تقسیم سلول ، یعنی فاز میتوزی رخ میدهد . میتوز تغییرات پیوسته و پشت سرهم میباشد اما زیست شناسان آن را به چهار مرحله ی اصلی تقسیم کرده اند :
پروفاز ، متافاز ، آنافاز و تلوفاز ، کروموزوم ها هنر پیشه های اصلی نمایش میتوز هستند و حرکت کروموزوم ها وابسته به دوک میتوزی است دوک میتوز ساختاری لوله ای شکل از جنس میکروتوبول است که جدا شدن دو سری کروموزوم خواهری را از هم آسان میکند . میکروتوبول های دوک از دو سانتروزوم منشا میگیرند سانتروزوم ، توده ای از مواد سیتوپلاسمی است که در سلول جانوری محتوی سانتریول میباشد نقش سانتریول ها در تقسیم سلولی مبهم است ، خراب شدن تجربی آنها هیچ تاثیری بر تشکیل طبیعی دوک ندارد و سلول های گیاهی به طور کامل فاقد سانتریول هستند .
سیتوکینز در سلول های گیاهی و جانوری متفاوت است .
سیتوکینز یا تقسیم سیتوپلاسم معمولا در طول تلوفاز صورت میگیرد و دو سلول دختر بلافاصله پس از پایان میتوز به طور کامل از هم جدا میشوند . سیتوکینز سلول های جانوری با وجود آوردن یک شکاف و پیشرفت آن به تشکیل دو سلول منتهی میشود . سیتوکینز سلول های گیاهی با جانوری فرق دارد . سیتوکینز با تقسیم سلول به دو سلول معمولا به موازات مرحله ی تلوفاز رخ میدهد . گرچه ممکن است در واقع از اواخر آنافاز شروع شده باشد . سیتوکینز سلول های جانوری از طریق فرآیندی به نام کلیواژ صورت میگیرد . نخستین نشانه کلیواژ ظهور شیار کلیواژ است که به صورت یک گودی کم عمق در سطح سلول شروع میشود . در سیتوپلاسم زیر محل شیار کمربندی از میکروفیلامنت های اکتینی وجود دارد . اکتین پروتئینی است که در چندین نوع از انقباضات سلولی نقش دارد . در این جا انقباض کمربند اکتینی ، شیار کلیواژ را عمیق کرده و در نهایت سلول مادر به دو سلول تقسیم میکند . به این مطلب اشاره میکنیم که سیتوکینز سلول های گیاهی به روش دیگری انجام میشود . یعنی وزیکول های غشائی دارای مواد دیواره ای در وسط سلول مادر جمع میشوند بعد وزیکول ها به هم میچسبند و یک صفحه ی احاطه شده توسط غشا به نام صفحه ی سلولی را تشکیل میدهند . این صفحه به سمت خارج رشد میکند و هر چه وزیکول های بیشتری به هم میچسبند مواد دیواره ای بیشتری بر روی هم جمع میشوند و در آخر غشای صفحه ی سلولی به غشای پلاسمایی ملحق میشود و محتویات صفحه ی سلولی به دیواره سلولی مادری میپیوندد . نتیجه ی اینکار تولید دو سلول دختری است که هر کدام از این سلول ها توسط غشای پلاسمایی و دیواره سلولی پیوسته ی خود گرفته میشوند .
نویسنده نیلوفر ترکزاده
موسس گروه زیست و بیوشیمی یوسرن
منابع :
کتاب بیولوژی کمپبل بازبینی نهایی از دکتر سامان حسینخانی و دکتر خسرو خواجه
جزوه ژنتیک استاد کوسنج از دانشگاه فلاورجان