Quando senti il termine riproduzione sessuale, potresti non immaginare immediatamente la divisione cellulare (a meno che tu non sia già un appassionato di biologia cellulare). Tuttavia, un tipo specifico di divisione cellulare chiamato meiosi è cruciale per il funzionamento della riproduzione sessuale perché crea gameti o cellule sessuali, adatti a questo tipo di riproduzione.

Gli scienziati e gli insegnanti di scienze a volte chiamano divisione di riduzione della meiosi. Questo perché le cellule germinali destinate a diventare gameti devono ridurre il loro numero di cromosomi prima di dividersi
per produrre quelle cellule sessuali, come spermatozoi o ovociti nell'uomo o spore nelle piante .

Questa divisione di riduzione mantiene il numero corretto di cromosomi da una generazione all'altra e garantisce anche la diversità genetica per la prole.
Divisione cellulare ed eucarioti semplici

Divisione cellulare, che comprende sia la mitosi che la meiosi consentono semplicemente a una cellula madre di dividersi in due (o più) cellule figlie. Questa divisione consente alle cellule di riprodursi, sia sessualmente che asessualmente.

Gli organismi eucariotici a cellula singola, come amebe e lieviti, usano la mitosi per dividere in cellule figlie identiche alla cellula madre durante la riproduzione asessuata . Poiché queste cellule figlie sono repliche esatte della cellula madre, la diversità genetica è minima.

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Divisione cellulare e eucarioti più complessi

In anche gli eucarioti più complessi che usano la riproduzione sessuale, come gli esseri umani, svolgono un ruolo importante nella mitosi. Questi includono la crescita cellulare e la guarigione dei tessuti.

Quando il tuo corpo ha bisogno di crescere o sostituire le cellule della pelle che si distacca continuamente, le cellule in quel sito subiranno la mitosi per sostituire le cellule perse o aggiungere massa. Nel caso della guarigione delle ferite, le cellule ai bordi del tessuto danneggiato subiranno la mitosi per chiudere la lesione.

Il processo di meiosi, d'altra parte, è il modo in cui gli organismi eucariotici complessi fanno entrare i gameti per riprodursi sessualmente. Poiché questo programma cellulare mescola le informazioni genetiche codificate nei cromosomi, le cellule figlie sono geneticamente uniche piuttosto che copie identiche delle cellule madri (o delle altre cellule figlie).

Questa unicità potrebbe rendere più idonee alcune cellule figlie per sopravvivere.
Cromosomi e riduzione

I tuoi cromosomi sono una forma del tuo DNA che viene impacchettata avvolgendo i filamenti di materiale genetico attorno a proteine specializzate chiamate istoni. Ogni cromosoma contiene centinaia o migliaia di geni, che codificano per i tratti che ti rendono diverso dalle altre persone. Gli umani di solito hanno 23 coppie di cromosomi, o 46 cromosomi totali in ogni cellula del corpo contenente DNA.

Affinché la matematica funzioni durante la produzione di gameti, le cellule diploidi madri con 46 cromosomi ciascuna devono ridurre il loro insieme di cromosomi della metà per diventare cellule figlie aploidi con 23 cromosomi ciascuna.

Le cellule spermatiche e uovo devono essere cellule aploidi poiché si uniranno per formare un nuovo essere umano durante la fecondazione, essenzialmente combinando i cromosomi che trasportano.
Disturbi matematici e genetici del cromosoma

Se il numero di cromosomi in queste cellule non fosse ridotto dalla meiosi, la prole risultante avrebbe 92 cromosomi anziché 46, e la generazione successiva ne avrebbe 184 e così via. Conservare il numero di cromosomi da una generazione all'altra è importante perché consente a ogni generazione di utilizzare gli stessi programmi cellulari.

Anche un cromosoma in più (o mancante) può causare gravi disordini genetici.

Ad esempio, la sindrome di Down si verifica quando esiste una copia aggiuntiva del cromosoma 21, che dà alle persone con questo disturbo 47 cromosomi anziché 46.

Mentre gli errori possono e si verificano durante la meiosi, il programma di base di la riduzione del numero di cromosomi prima della divisione in gameti assicura che la maggior parte della prole si concluda con il numero corretto di cromosomi.
Fasi della meiosi

La meiosi comprende due fasi, chiamate meiosi I e meiosi II, che si verificano in sequenza . La meiosi I produce due cellule figlie aploidi con cromatidi unici, che sono i precursori dei cromosomi.

La meiosi II, è in qualche modo simile alla mitosi perché divide semplicemente quelle due cellule figlie aploidi dalla prima fase in quattro cellule figlie aploidi . Tuttavia, la mitosi si verifica in tutte le cellule somatiche mentre la meiosi si verifica solo nei tessuti riproduttivi, come i testicoli e le ovaie negli esseri umani.

Ciascuna delle fasi della meiosi include sottofasi. Per la meiosi I, si tratta di fase I, metafase I, anafase I e telofase I. Per la meiosi II, si tratta di prophase II, metafase II, anafase II e telofase II.
Cosa succede durante la meiosi I?

Per dare un senso ai principi fondamentali della meiosi II, è utile avere una conoscenza di base della meiosi I poiché la seconda fase della meiosi si basa sulla prima. Attraverso una serie di passaggi regolati disposti nelle sottofasi, la meiosi I porta i cromosomi accoppiati, chiamati cromosomi omologhi, della cellula madre ai lati opposti della cellula fino a quando ciascun polo contiene un gruppo di 23 cromosomi. A questo punto, la cellula si divide in due.

Ciascuno di questi cromosomi ridotti comprende due filamenti fratelli, chiamati fratelli cromatidi, tenuti insieme da un centromero. È più facile immaginarli nelle loro versioni condensate, che puoi immaginare come un po 'come farfalle. L'ala sinistra (una cromatide) e l'ala destra (la seconda cromatide) si collegano al corpo (il centromero).

La meiosi I include anche i tre meccanismi che assicurano la diversità genetica della prole. Durante l'attraversamento, i cromosomi omologhi si scambiano piccole regioni di DNA. Successivamente, la segregazione casuale assicura che le due versioni dei geni di questi cromosomi si mescolino casualmente e indipendentemente nei gameti.

L'assortimento indipendente assicura che i cromatidi fratelli si concludano in gameti separati. Complessivamente, questi meccanismi mischiano il mazzo genetico per produrre molte possibili combinazioni di geni.
Cosa succede nella Meiosi II, Fase II?

Con la meiosi che ho completato, la Meiosi II prende il sopravvento. Durante la prima fase della meiosi II, chiamata prophase II, la cellula ottiene i macchinari necessari per la divisione cellulare pronta a funzionare. Innanzitutto, si dissolvono due aree del nucleo della cellula, il nucleolo e l'involucro nucleare.

Quindi, i cromatidi fratelli si condensano, il che significa che si disidratano e cambiano forma per diventare più compatti. Ora appaiono più spessi, più corti e più organizzati di quanto non facciano nel loro stato incondizionato, chiamati cromatina.

I centrosomi della cellula, o centri di organizzazione dei microtubuli, migrano verso i lati opposti della cellula e formano un fuso tra di loro. Questi centri producono e organizzano microtubuli, che sono filamenti proteici che svolgono un'ampia varietà di ruoli nella cellula.

Durante la fase II, questi microtubuli formano le fibre del fuso che alla fine eseguiranno importanti funzioni di trasporto durante le fasi successive della meiosi II.
Cosa succede nella meiosi II, metafase II?

La seconda fase, chiamata metafase II, consiste nel spostare i cromatidi fratelli nella posizione corretta per la divisione cellulare. Per fare questo, quelle fibre del fuso si attaccano al centromero, che è la regione specializzata del DNA che tiene insieme i cromatidi fratelli come una cintura, o il corpo di quella farfalla che hai immaginato dove le ali sinistra e destra sono i cromatidi fratelli.

Una volta collegate al centromero, le fibre del fuso utilizzano i loro meccanismi di localizzazione per spingere i cromatidi fratelli al centro della cellula. Una volta arrivati al centro, le fibre del fuso continuano a spingere i cromatidi fratelli fino a quando si allineano lungo la linea mediana della cellula.
Cosa succede in Meiosi II, Anafase II?

Ora che i cromatidi fratelli sono allineati lungo la linea mediana, attaccati al centromero alle fibre del fuso, può iniziare il lavoro di divisione in cellule figlie. Le estremità delle fibre del fuso che non sono attaccate ai cromatidi fratelli sono ancorate ai centrosomi situati su ciascun lato della cellula.

Le fibre del fuso iniziano a contrarsi, facendo dividere i cromatidi fratelli fino a quando non si separano. Durante questo periodo, la contrazione delle fibre del fuso sui centrosomi agisce come una bobina, separando i cromatidi fratelli uno dall'altro e trascinandoli anche verso i lati opposti della cellula. Gli scienziati ora chiamano i cromosomi gemelli sorella cromosomi, destinati a cellule separate.
Cosa succede nella Meiosi II, Telofase II?

Ora che le fibre del fuso hanno diviso con successo i cromatidi fratelli in cromosomi gemelli separati e li hanno trasportati ai lati opposti della cellula, la cellula stessa è pronta per essere divisa. Innanzitutto, i cromosomi decondensano e ritornano al loro normale stato filiforme come la cromatina. Poiché le fibre del mandrino hanno svolto il loro lavoro, non sono più necessarie, quindi il mandrino si disassembla.

Tutto ciò che resta da fare per la cellula ora è diviso in due attraverso un meccanismo chiamato citocinesi. Per fare ciò, l'involucro nucleare si forma di nuovo e crea un rientro al centro della cellula, chiamato solco di scollatura. Il modo in cui la cellula determina dove disegnare questo solco rimane poco chiaro e l'oggetto di accesi dibattiti tra gli scienziati che studiano la citochinesi.

Un complesso proteico chiamato anello contrattile actina-miosina provoca la membrana cellulare (e la parete cellulare nella pianta cellule) per crescere lungo il solco della citochinesi, pizzicando la cellula in due. Se il solco di scollatura si è formato nella posizione corretta, con i cromosomi fratelli separati in parti separate, i cromosomi fratelli sono ora in celle separate.

Queste sono ora quattro cellule figlie aploidi che contengono informazioni genetiche uniche e varie che conosciuti come spermatozoi o ovociti (o spore nelle piante).
Quando succede la meiosi negli esseri umani?

Uno degli aspetti più interessanti della meiosi è quando si verifica nell'uomo, che varia in base a l'incarico sessuale della persona. Per gli uomini maschi dopo l'inizio della pubertà, la meiosi ha luogo ininterrottamente e produce quattro spermatozoi aploidi per round, ognuno pronto a fecondare una cellula uovo e produrre prole se ne avesse l'opportunità.

Quando si tratta di esseri umani femminili, la cronologia della meiosi è diversa, più complicata e molto più strana. A differenza dei maschi che producono continuamente cellule spermatiche dalla pubertà fino alla morte, le femmine nascono con una scorta a vita di uova già all'interno dei loro tessuti ovarici.
Aspetta, cosa? Stop and Start Meiosis

È un po 'strabiliante, ma le donne umane subiscono una parte della meiosi I mentre sono ancora dei feti stessi. Questo produce ovociti all'interno delle ovaie del feto, e quindi la meiosi rimane sostanzialmente offline fino a quando non viene innescata dalla produzione di ormoni durante la pubertà. meiosi II. Avvia il backup e completa il programma solo se l'ovulo è fecondato.

Mentre l'intero programma di meiosi produce quattro spermatozoi funzionali per gli esseri umani maschi, produce solo una cellula uovo funzionale per le femmine e tre cellule estranee chiamate corpi polari.

Come puoi vedere, la riproduzione sessuale coinvolge molto più di quanto lo sperma incontra l'uovo. In realtà è un insieme super complicato di programmi di divisione cellulare che lavorano insieme per garantire che ogni potenziale prole abbia il giusto numero di cromosomi e una possibilità unica di sopravvivenza, grazie al mescolamento genetico.