50 idei, które powinieneś znać. GENETYKA. Mark Henderson

      Mejoza i mitoza Możliwość zwiększenia zróżnicowania wynika ze specjalnego sposobu podziału, który jest unikatowy dla rozmnażania płciowego. Przeważająca większość komórek ciała ludzkiego jest diploidalna, ma 46 chromosomów ułożonych w 23 pary. Gdy komórki somatyczne rozmnażają się, podczas wzrostu ciała lub naprawy uszkodzeń, kopiują w całości swój genom w procesie zwanym mitozą. Wszystkie pary chromosomów są duplikowane i dwa zestawy są rozdzielane podczas podziału komórki tak, że do każdej komórki potomnej wędruje jeden zestaw. Ostatecznie uzyskuje się dwie nowe komórki diploidalne, każda z identycznymi 46 chromosomami.

      Mitoza, zasadniczo, jest rozmnażaniem bezpłciowym. I jedynym miejscem, gdzie nie ma zastosowania, są części wyspecjalizowane do rozmnażania płciowego. W komórkach linii płciowej komórki jajowe i plemniki powstają inną metodą podziału komórki, zwaną mejozą. Podczas mejozy diploidalna komórka prekursorowa gamet duplikuje swój DNA, następnie rozdziela go po równo między cztery komórki potomne – po 23 chromosomy dla każdej. U mężczyzn staną się one plemnikami, a u kobiet komórką jajową, natomiast pozostałe trzy zostaną odrzucone jako „ciałka polarne”.

      Komórki tego typu określa się jako haploidalne – mają tylko po jednej kopii każdego chromosomu, zamiast par znajdowanych w somatycznych komórkach diploidalnych. Gdy te dwa typy gamet łączą się po akcie płciowym, dając początek zarodkowi, pełny zestaw 46 chromosomów jest znowu razem, z jedna kopią każdego z chromosomów dostarczoną przez każdego z rodziców.

      Crossing-over Takie połączenie materiału genetycznego od dwóch osobników wprowadza różnice przez tworzenie nowych kombinacji chromosomów. Ale nie tylko dlatego rozmnażanie płciowe jest bardziej wartościowe: rzeczywista kompozycja chromosomów, które wędrują do każdego plemnika i komórki jajowej, także jest unikatowa.

      Pokrewieństwo genetyczne

      Rekombinacja wyjaśnia, jak wiele DNA dzielisz ze swoją rodziną i dlaczego różnisz się genetycznie od swojego rodzeństwa. Połowa twojego materiału genetycznego pochodzi w równej części od twojego ojca i matki, ponieważ począłeś się od gamet tworzonych przez oboje. Ale choć mógłbyś pomyśleć, że 50% twojego DNA jest takie same także u twoich braci i sióstr, to jest to prawda jedynie statystyczna. Przypadkowość rekombinacji oznacza, że teoretycznie jest możliwe, choć statystycznie skrajnie nieprawdopodobne, że odziedziczysz zestaw alleli całkowicie różny od swojego rodzeństwa.

      Gdy chromosomy każdej pary ustawiają się w szeregu podczas mejozy, wymieniają między sobą materiał genetyczny. Dwie nici DNA – oryginalnie odziedziczone od matki osobnika i jego ojca – splatają się wokół siebie, a następnie łamią się w miejscach, gdzie są wokół siebie owinięte. Segmenty te następnie łączą się ze swoimi sąsiadami, tak że geny „wymieniają się” między chromosomami. Wynikiem jest gameta o całkiem nowych, przemieszanych, chromosomach będących zlepkiem genów matczynych i ojcowskich.

      Crossing-over oznacza, że gdy gameta otrzyma kopię każdego genu, kombinacja alleli, którą posiada, będzie unikatowa. Plemnik mężczyzny nie będzie zawierał chromosomów, które pochodzą w całości od jego matki czy jego ojca, tak jak w komórkach somatycznych. Będzie miał całkiem nowe, które zawierają części materiału genetycznego od każdego z jego rodziców. Geny, zatem, za każdym razem są składane w nieco inny sposób i rekombinacja, czasami, może nawet połączyć je tak, że powstaną nowe geny. Pewne permutacje i połączenia genów mogą być korzystne, podczas gdy inne szkodliwe. Jest to kolejne źródło dziedzicznej różnorodności, na które może działać dobór naturalny.

      ‘«Płciową» metodą czytania książki byłoby kupienie dwóch kopii, wyrwanie kartek i stworzenie nowych kopii przez połączenie

      połowy kartek z jednej i połowy z drugiej, rzucając monetą przy każdej kartce, aby zadecydować, z którego oryginału wziąć kartkę, a którą wyrzucić.’

      Mark Ridley

      Rekombinacja pozwala także naukowcom na mapowanie, gdzie położone są geny na chromosomach, wykorzystując koncepcję sprzężenia, wprowadzoną w rozdziale 3. Jak zrozumiał T.H. Morgan, geny leżące blisko siebie na chromosomach mają zwyczaj wspólnego dziedziczenia się i przyczyną tego jest crossing-over. Geny nie są rozdzielane pojedynczo między chromosomy, ale jako części większych bloków. Jeśli dwa geny są w jednym bloku lub „haplotypie”, będą sprzężone – osobniki, które uzyskają jeden, zwykle uzyskają także drugi.

      Powód istnienia płci U gatunków rozmnażających się płciowo mejoza i rekombinacja dają każdemu osobnikowi jego własny genotyp i taka dodatkowa różnorodność może mieć znaczenie adaptacyjne. W rozmnażaniu bezpłciowym mutacje są w sposób nieunikniony przekazywane potomstwu, nawet gdy są szkodliwe. Prowadzi to do zjawiska znanego jako zapadka Mullera (zob. ramka), z powodu, którego genomy z czasem tracą na jakości. Rozmnażanie płciowe jednak, dzięki crossing-over, prowadzi do powstania potomstwa różnego od swych rodziców. Połowa z niego uniknie zestawu genów, który zostałby przekazany przy rozmnażaniu bezpłciowym, co jest korzystne dla gatunku.

      Różnorodność genetyczna, którą generuje rozród płciowy, oznacza też, że zarazkom i pasożytom trudniej jest rozprzestrzenić się od razu na całą populację. Różnice powodują, że bardziej prawdopodobne jest, iż niektóre osobniki będą dysponowały odpornością genetyczną umożliwiającą przetrwanie nowej epidemii i wydanie na świat przyszłych pokoleń o pewnej odporności. Różnorodność generowana przez rozród płciowy daje gatunkom lepszy start w życie.

      Zapadka Mullera

      Gdy organizm rozmnaża się bezpłciowo, cały jego genom jest kopiowany i przekazywany potomstwu. Hermann Muller zdał sobie sprawę, że ma to ogromną wadę: jeśli skopiowany błąd powoduje niekorzystną mutację, zawsze zostanie przekazany wszystkim potomkom. To samo zdarzy się za każdym razem, gdy pojawi się nowa mutacja, tak że całkowita jakość genetyczna organizmu z czasem spada. Muller porównał to zjawisko do zapadki na kole zębatym, która pozwala na ruch tylko w jedną stronę.

      Rozmnażanie płciowe i rekombinacja obchodzą zapadkę Mullera, gdyż powodują, że nie każda mutacja u rodzica jest przekazywana dzieciom. Wiele organizmów bezpłciowych, takich jak bakterie, stworzyło inny mechanizm wymiany genów, by uniknąć tego negatywnego efektu.

      MYŚL W PIGUŁCE

      Płeć sprawia, że jesteśmy niepowtarzalni genetycznie