Di Kevin Beck Aggiornato il 30 agosto 2022
Gli organismi procarioti come i batteri sono unicellulari, ma si riproducono efficientemente attraverso la fissione binaria, producendo cellule figlie identiche. Al contrario, le cellule eucariotiche contengono molto più DNA (le cellule somatiche umane portano 46 cromosomi all'interno di un nucleo legato alla membrana) e in genere si dividono per mitosi, che produce anche una prole geneticamente identica.
I gameti, le cellule riproduttive prodotte nelle gonadi (ovaie e testicoli), sono formati da un distinto processo di divisione chiamato meiosi. Sebbene la meiosi condivida molte caratteristiche con la mitosi, introduce due meccanismi critici – la ricombinazione (crossing over) e l’assortimento indipendente – che generano la diversità genetica. Senza questi passaggi, la meiosi non contribuirebbe alla variazione tra gli individui.
Quando ci chiediamo come la meiosi crei la diversità genetica, in realtà ci stiamo chiedendo quali fasi del processo introducono variazione nei gameti. Due fasi, profase I e metafase II, sono particolarmente importanti per produrre le differenze che osserviamo.
La mitosi è composta da quattro fasi:profase, metafase, anafase e telofase. Dopo la replicazione del DNA, una cellula umana ha 46 cromatidi fratelli. Durante la profase i cromatidi si condensano; in metafase si allineano all’equatore della cellula; l'anafase separa i cromatidi; e la telofase riforma due nuclei, seguita dalla citocinesi per creare due cellule figlie identiche.
La meiosi è divisa in meiosi I e meiosi II, ciascuna delle quali rispecchia i quattro stadi mitotici. Nella profase I, invece di 46 paia di cromatidi fratelli, le 23 coppie di cromosomi omologhi (uno per ciascun genitore) si accoppiano per formare tetradi, un gruppo di quattro cromatidi. Questo accoppiamento è il primo indizio di come la meiosi differisce dalla mitosi.
Durante la metafase I, le tetradi si allineano casualmente lungo il fuso. Nell'anafase I, i cromosomi omologhi (le coppie parentali) si separano, ma ciascun cromosoma contiene ancora due cromatidi fratelli. La telofase I e la citocinesi dividono la cellula in due cellule aploidi, ciascuna con 23 cromosomi.
Ciascuna di queste due cellule entra quindi nella meiosi II, un processo che assomiglia a un singolo ciclo di mitosi. Il risultato sono quattro gameti aploidi, ciascuno contenente 23 cromosomi invece dei 46 presenti nelle cellule somatiche.
Il crossover avviene durante la profase I quando i cromosomi omologhi si scambiano fisicamente segmenti di DNA. Questo “scambio” di materiale genetico fa sì che quando i cromosomi vengono separati in anafase I, i cromatidi risultanti non sono identici ai loro originali. La ricombinazione mescola gli alleli, creando nuove combinazioni che migliorano la diversità.
L'assortimento indipendente si riferisce all'orientamento casuale delle tetradi durante la metafase I. Ciascuna coppia di cromosomi ha la stessa possibilità di allinearsi su entrambi i lati del fuso, il che significa che la segregazione dei cromosomi nei gameti è stocastica. Con 23 coppie, ci sono 2^23, ovvero 8,4 milioni, possibili combinazioni di gameti solo grazie a questo meccanismo.
In combinazione con la variazione introdotta dalla ricombinazione, la meiosi garantisce che non esistano due gameti identici, tranne nel raro caso di gemelli identici, evidenziando la notevole diversità genetica prodotta dalla riproduzione sessuale.
