فيديو الدرس: الانقسام الميوزي العلوم

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف مراحل الانقسام الميوزي، ونذكر نواتج الانقسام الميوزي، ونفسر كيف تزيد الأحداث التي تقع أثناء الانقسام الميوزي من التباين الوراثي.

١٩:٣١

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على كيفية إنتاج الجاميتات من خلال عملية الانقسام الميوزي. وسنستكشف كيف يمكن أن يحدث التباين الوراثي لهذه الخلايا خلال المراحل المختلفة لهذا النوع الخاص من الانقسام الخلوي، والذي سنستعرضه خطوة بخطوة.

هل لديك أي أشقاء؟ إن كنت أحد توأمين غير متماثلين، فلماذا يختلف كل منكما عن الآخر؟ حسنًا، الانقسام الميوزي هو أحد نوعي الانقسام الخلوي، وتنتج عنه خلايا خاصة تسمى الجاميتات. في الإناث البيولوجيات، تسمى هذه الجاميتات بويضات، وفي الذكور البيولوجيين، تسمى هذه الجاميتات حيوانات منوية. وبسبب الأحداث الخاصة التي تقع أثناء الانقسام الميوزي، فإن كل بويضة وكل حيوان منوي تقريبًا له تركيب وراثي مميز. تشير التقديرات إلى أنه بسبب هذا التباين، يمكن أن ينتج عن كل زوج من البشر ما يقرب من ٦٤ تريليون طفل، كل منهم له تركيب وراثي مميز.

إن الاختلافات التي نلاحظها بيننا وبين شخص آخر تكون ناتجة عن التباين الوراثي. والاختلافات الوراثية بين جميع الكائنات الحية تعطينا جميعًا مجموعات مميزة من الصفات. والتباين الوراثي مفيد للغاية؛ لأنه يزود أي نوع يستخدم الانقسام الميوزي في التكاثر بقدرة أكبر على التكيف مع التغيرات التي تحدث في بيئته. في هذا الفيديو، سنستعرض مراحل الانقسام الميوزي، وكيف يمكن أن تؤدي بعض هذه المراحل إلى حدوث التباين الوراثي في الجاميتات الناتجة. لكن دعونا أولًا نتعرف على مزيد من المعلومات حول المادة الوراثية التي تسمح بحدوث هذا التباين الوراثي.

لعلنا نتذكر أن الخلايا الحيوانية تحتوي على نواة تحمل المعلومات الوراثية لهذه الخلايا. هذه المعلومات الوراثية هي الحمض النووي ‪(DNA)‬‏، ويكون الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ في الحيوانات، مثل البشر، مرتبًا في صورة كروموسومات. عندما يتكاثر البشر، ينتج النسل من خلال عملية تسمى الإخصاب. ويحدث هذا عندما يندمج حيوان منوي مع بويضة وتمتزج معلوماتهما الوراثية في صورة كروموسومات. يوجد لدى البشر ٤٦ كروموسومًا في معظم خلايا الجسم، وتعرف هذه الخلايا أحيانًا بالخلايا الجسمية. وعندما تحتوي الخلية البشرية على ٤٦ كروموسومًا، يشار إليها على أنها ثنائية الصيغة الصبغية؛ وذلك لأن هذه الكروموسومات تأتي من مجموعتين تتكون كل منهما من ٢٣ كروموسومًا.

تمثل عادة الخلايا الثنائية الصيغة الصبغية باثنين ‪𝑛‬‏. تأتي إحدى المجموعتين التي تتكون من ٢٣ كروموسومًا من الأم البيولوجية عن طريق البويضة. وتأتي المجموعة الثانية التي تتكون من ٢٣ كروموسومًا من الأب البيولوجي عن طريق الحيوان المنوي. وكما نعلم، تعرف هذه الخلايا مجتمعة باسم الجاميتات. وتوصف هذه الجاميتات بأنها أحادية الصيغة الصبغية؛ وذلك لأنها تحتوي على نصف المعلومات الوراثية لخلية جسمية ثنائية الصيغة الصبغية. وتحتوي هذه الجاميتات على مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات، وهي تتكون من ٢٣ كروموسومًا في جسم الإنسان، وعادة ما تمثل بـ ‪𝑛‬‏. لعلنا نلاحظ في نواة هذه الخلية الثنائية الصيغة الصبغية أن كروموسومات الأم الآتية من البويضة ممثلة باللون البرتقالي، وكروموسومات الأب الآتية من الحيوان المنوي ممثلة باللون الأزرق.

لعلنا نلاحظ أيضًا أن كلًّا من هذه الكروموسومات البالغ عددها ٤٦ كروموسومًا، قد تزاوج مع كروموسوم من الوالد الآخر؛ حيث يبدو هذا الكروموسوم مشابهًا له للغاية. وكل زوج مكون من نسختي الكروموسوم هاتين في الخلية الثنائية الصيغة الصبغية يعرف بالكروموسومين المتماثلين؛ حيث تأتي إحدى النسختين من البويضة وتأتي الأخرى من الحيوان المنوي. وهما متطابقتان تقريبًا؛ ولهذا توصفان بأنهما متماثلتان؛ حيث إن كلمة «متماثل» تعني متطابقًا. وعلى الرغم من أن هذا الشكل لا يمثل بالضبط شكل الكروموسومات في الخلايا في معظم الوقت، فإنه يعطينا فكرة عن طريقة حدوث التزاوج بين كروموسومات الأم وكروموسومات الأب.

من المثير للاهتمام أيضًا ملاحظة أنه ليس البشر فقط من ينتجون الجاميتات. وذلك لأن معظم الحيوانات تتكاثر جنسيًّا بشكل رئيسي عن طريق إنتاج حيوانات منوية أحادية الصيغة الصبغية، أو بويضات أحادية الصيغة الصبغية يمكن أن تندمج بعد ذلك مع جاميت آخر من كائن حي آخر في عملية الإخصاب لتكوين خلايا جسمية ثنائية الصيغة الصبغية. حتى النباتات يمكنها التكاثر بهذه الطريقة، لكن الجاميتات الذكرية في النباتات تسمى حبوب اللقاح، والجاميتات الأنثوية تسمى البويضات أو خلايا البيض في بعض الأحيان.

من المثير أكثر للاهتمام أن الأنواع المختلفة توجد لديها أعداد مختلفة من الكروموسومات في الخلية الطبيعية الثنائية الصيغة الصبغية أو الأحادية الصيغة الصبغية. على سبيل المثال، يوجد لدى العديد من الطيور، مثل الحمام، ٨٠ كروموسومًا في الخلية الجسمية الثنائية الصيغة الصبغية و ٤٠ كروموسومًا في الجاميت الأحادي الصيغة الصبغية، وهو عدد أكبر بكثير من الموجود في الخلية البشرية، ويوجد لدى النملة الأسترالية كروموسومان فقط في الخلية الثنائية الصيغة الصبغية، وهذا يعني وجود كروموسوم واحد فقط في الجاميت الأحادي الصيغة الصبغية. دعونا نستعرض سريعًا النوعين الرئيسيين للانقسام الخلوي الذي يحدث في الكائنات الحية مثل البشر، وهما الانقسام الميتوزي والانقسام الميوزي.

لعلنا نتذكر أن الانقسام الميتوزي هو أحد نوعي الانقسام الخلوي، وتنتج عنه خليتان بنويتان متطابقتان وراثيًّا من خلية أبوية واحدة. تمر الخلايا الأبوية بمرحلة واحدة فقط من الانقسام الخلوي. وتحتوي جميع هذه الخلايا على العدد نفسه من الكروموسومات، ومن ثم فهي جميعها خلايا ثنائية الصيغة الصبغية. وهذا هو نوع الانقسام الخلوي الذي يستخدمه الجسم لإصلاح الأنسجة التالفة أو لإنماء أنسجة جديدة. وفي المقابل، يستخدم الجسم نوعًا خاصًّا من الانقسام الخلوي يسمى الانقسام الميوزي لإنتاج جاميتات مختلفة وراثيًّا في الأعضاء التناسلية.

أثناء الانقسام الميوزي، تمر الخلية الأبوية الأصلية بمرحلتين من الانقسام الخلوي لتنتج أربع خلايا بنوية. ولأن الخلية الأصلية تمر بانقسامين خلويين، فإن الخلايا البنوية تحتوي على نصف العدد الأصلي من كروموسومات الخلية الأبوية، ومن ثم فهي أحادية الصيغة الصبغية. تعرف الخلايا البنوية الناتجة باسم الجاميتات. وعندما يحدث الانقسام الميوزي في الخصيتين، تنتج عنه حيوانات منوية، وعندما يحدث في المبيضين، تنتج عنه بويضات. ولعلنا نتذكر أن عدد الكروموسومات في الخلايا الأحادية الصيغة الصبغية لدى البشر هو ٢٣. هذا مهم لأنه عندما يندمج هذان الجاميتان معًا في عملية الإخصاب، سيكونان إجمالي عدد الكروموسومات الموجودة في خلية ثنائية الصيغة الصبغية، وهو ٤٦ كروموسومًا.

دعونا الآن نلق نظرة فاحصة على ما يحدث خلال مراحل الانقسام الميوزي المختلفة لإنتاج هذه الجاميتات. قبل أن يبدأ الانقسام الميوزي، تحدث مرحلة تسمى الطور البيني. وقبل حدوث مرحلة الطور البيني، يكون كل زوج من أزواج الكروموسومات البالغ عددها ٢٣ زوجًا داخل نواة الخلية الجسمية في صورة كروموسوم أحادي. تضاعف مرحلة الطور البيني كل كروموسوم لتكوين جزيئين متطابقين من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏، ويسمى كل منهما بالكروماتيد. ويحدث هذا لكل كروموسوم أحادي من الكروموسومات الموجودة في الخلية، وعددها ٤٦ كروموسومًا. يرتبط الكروماتيدان الموجودان في كل كروموسوم معًا عند منطقة تسمى السنترومير. ومن المهم أن نتذكر أنه على الرغم من أن كل كروموسوم أحادي مكون من كروماتيدين متطابقين، فهو لا يزال كروموسومًا واحدًا، لكن يمكن أن يشار إليه الآن بكروموسوم متضاعف.

والآن بعد أن تضاعفت الكروموسومات، يمكن أن يبدأ الانقسام الميوزي. دعونا نلق نظرة على أول انقسام من الانقسامين الخلويين اللذين يحدثان في الانقسام الميوزي، ويسمى الانقسام الميوزي الأول. المرحلة الأولى من الانقسام الميوزي الأول هي الطور التمهيدي الأول. وهنا تتكثف الكروموسومات المتضاعفة ويمكن رؤيتها بالمجهر. وكما نرى في الشكل، سيتفكك أيضًا الغلاف النووي المحيط بالنواة في هذه المرحلة. هناك شيء آخر يحدث في الطور التمهيدي الأول، وهو بدء تكون تراكيب متخصصة تسمى الألياف المغزلية. وسنعرف مزيدًا من المعلومات عن دور الألياف المغزلية بعد قليل.

أثناء الطور التمهيدي الأول، تتزاوج معًا الكروموسومات المتماثلة من الأم والأب لتكوين مجموعة رباعية. الكلمة «رباعية» تعني أربعة، وتشير إلى عدد الكروماتيدات التي يحتوي عليها الكروموسومان المتزاوجان والمتضاعفان في مجموعة رباعية. ويسمح تكوين مجموعة رباعية بحدوث عملية تسمى العبور. تحدث عملية العبور عندما يتمكن زوج من الكروموسومات المتماثلة من تبادل المعلومات الوراثية بين الكروموسومات المتضاعفة. وهذه أول مرحلة يحدث فيها التباين الوراثي نتيجة تبادل أجزاء من الكروموسومات بين الأم والأب، وتنتج عن ذلك في النهاية خلايا بنوية مختلفة.

المرحلة التالية من الانقسام الميوزي الأول هي الطور الاستوائي الأول. في الطور الاستوائي الأول، تصطف أزواج الكروموسومات المتماثلة على طول منتصف الخلية وتلتصق بالألياف المغزلية المكتملة التكوين. ويسمى منتصف الخلية أحيانًا بخط الاستواء. من السهل أن نتذكر ذلك؛ حيث إن كوكب الأرض، وهو بنية كروية أخرى، له أيضًا خط استواء يمتد على طول منتصفه. لكن أوجه التشابه بين كوكب الأرض والخلية أثناء الانقسام لم تنته هنا؛ فمثلما لكوكب الأرض قطب شمالي وآخر جنوبي، فللخلية أيضًا قطب عند كل طرف من طرفيها المتقابلين.

حسنًا، المرحلة التالية هي الطور الانفصالي الأول، الذي تنفصل فيه أزواج الكروموسومات المتماثلة عن طريق تقصير الألياف المغزلية. وهذا يؤدي إلى سحب أزواج الكروموسومات المتماثلة إلى قطبي الخلية المتقابلين. أثناء الطور الانفصالي الأول، تختلط كروموسومات الأم والأب عشوائيًّا قبل انفصالها. وبهذه الطريقة، ستحتوي الخليتان البنويتان اللتان تتكونان في نهاية الانقسام الميوزي الأول على مزيج من الكروموسومات الأبوية، ويمكن أن يؤدي ذلك أيضًا إلى حدوث التباين الوراثي.

المرحلة الأخيرة من الانقسام الميوزي الأول هي الطور النهائي الأول. في الطور النهائي الأول، يتكون غلاف نووي منفصل مرة أخرى حول كل مجموعة من مجموعات الكروموسومات المنفصلة، ويمكن للخلايا أن تنقسم الآن. في نهاية الانقسام الميوزي الأول، تتكون خليتان تحتوي كل منهما على نصف عدد الكروموسومات المتضاعفة التي بدأ بها الطور التمهيدي الأول. في البشر، هذا يعني أن كل خلية من هاتين الخليتين تحتوي على ٢٣ كروموسومًا متضاعفًا، لكننا عرضنا ذلك في هذا الشكل في صورة كروموسومين متضاعفين فقط. وفي المقابل، نلاحظ أن الخلية الثنائية الصيغة الصبغية التي بدأت في الانقسام الميوزي كانت تحتوي على ٤٦ كروموسومًا متضاعفًا.

في الانقسام الميوزي الثاني، سنلاحظ أن كل كروماتيد في هذه الكروموسومات المتضاعفة سينفصل. مراحل الانقسام الميوزي الثاني تشبه مراحل الانقسام الميوزي الأول إلى حد كبير، ولكن مع بعض الاختلافات الواضحة. على سبيل المثال، لا تتزاوج الكروموسومات المتماثلة أثناء الطور التمهيدي الثاني، وإنما تستمر الأغلفة النووية المتكونة حديثًا في التفكك وتستمر الألياف المغزلية في التكون مرة أخرى في كل خلية. وفي الطور الاستوائي الثاني، تصطف الكروموسومات المتضاعفة بدلًا من أزواج الكروموسومات المتماثلة على طول خط الاستواء في كل خلية. أما في الطور الانفصالي الثاني، فتنفصل الكروموسومات المتضاعفة. وينسحب الكروماتيدان الموجودان في كل كروموسوم متضاعف إلى القطبين المتقابلين في كل خلية.

عندما تنقسم الخلايا في نهاية الطور النهائي الثاني، ستحتوي كل خلية بنوية ناتجة على ٢٣ كروماتيدًا أحاديًّا. وكل كروماتيد أحادي يمكن أن يسمى الآن كروموسومًا. لكن تذكر أنه على الرغم من أننا قد أوضحنا في هذا الشكل كروماتيدين فقط في كل خلية بنوية، فإن الجاميتات البشرية تحتوي بالفعل على ٢٣ كروماتيدًا، وتسمى أيضًا كروموسومات في هذه المرحلة.

دعونا الآن نلخص العملية التي شرحناها للتو بتناول طريقة حدوثها في الخلايا البشرية تحديدًا. تتضاعف أولًا الكروموسومات، وعددها ٤٦ كروموسومًا، في الطور البيني. تمر هذه الخلية الثنائية الصيغة الصبغية المكونة من ٤٦ كروموسومًا بالانقسام الميوزي الأول لتنتج خليتين تحتوي كل منهما على ٢٣ كروموسومًا متضاعفًا. تمر هاتان الخليتان بعد ذلك بالانقسام الميوزي الثاني لإنتاج أربعة جاميتات أحادية الصيغة الصبغية ومختلفة وراثيًّا، ويحتوي كل جاميت منها على ٢٣ كروموسومًا فقط. ويتضمن كل من الانقسام الميوزي الأول والانقسام الميوزي الثاني عدة مراحل، وهي الطور التمهيدي، والطور الاستوائي، والطور الانفصالي، والطور النهائي.

والآن، دعونا نراجع ما تعلمناه عن الانقسام الميوزي عن طريق تطبيق معرفتنا على سؤال تدريبي.

يوضح الشكل كروموسومين في مرحلة العبور. ما فائدة هذه العملية؟ (أ) خلق جينات جديدة تمامًا. (ب) تقليل مخاطر حدوث طفرات. (ج) زيادة التباين الوراثي. (د) زيادة احتمال حدوث الإخصاب.

حسنًا، مطلوب منا في هذا السؤال تحديد فائدة عملية تسمى «العبور»، وهي موضحة في الشكل. للإجابة عن هذا السؤال، علينا فهم المزيد عن الطريقة التي يتم بها ترتيب المعلومات الوراثية في الخلايا الحيوانية في صورة تراكيب تسمى الكروموسومات. تحتوي نواة الخلايا الحيوانية، مثل هذه الخلية، على المعلومات الوراثية في صورة حمض نووي ‪(DNA)‬‏. وفي الحيوانات، كما هو الحال في البشر، يتم ترتيب الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ في صورة كروموسومات، ويمكننا رؤية بعضها في النواة الموضحة هنا.

في معظم خلايا جسم الإنسان، يوجد ٤٦ كروموسومًا في المجمل أو مجموعتان تتكون كل منهما من ٢٣ كروموسومًا. تأتي إحدى هاتين المجموعتين التي تتكون من ٢٣ كروموسومًا من الأم، وتأتي المجموعة الأخرى من الأب. ويمكننا قول إن الكروموسومات الآتية من الأم متماثلة مع الكروموسومات الآتية من الأب؛ لأنها متطابقة تقريبًا. ونظرًا لوجود مجموعتين من الكروموسومات في معظم الخلايا الجسمية، فإن هذه الخلايا تسمى خلايا ثنائية الصيغة الصبغية. في الجاميتات، مثل الحيوانات المنوية الآتية من الأب والبويضات الآتية من الأم، توجد مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات. لذا، يمكن وصف الجاميتات بأنها خلايا أحادية الصيغة الصبغية. وتتكون الجاميتات من خلال عملية تسمى الانقسام الميوزي.

الانقسام الميوزي هو أحد نوعي الانقسام الخلوي؛ حيث يمكن أن تنتج خلية أبوية واحدة أربع خلايا بنوية أحادية الصيغة الصبغية ومختلفة وراثيًّا. حدوث التباين الوراثي في الجاميتات الناتجة عن الانقسام الميوزي يرجع جزئيًّا إلى عملية تسمى العبور. وتحدث عملية العبور هذه خلال إحدى مراحل الانقسام الميوزي. وكما هو موضح في هذا الشكل، تتضمن عملية العبور تبادل بعض المعلومات الوراثية بين كل كروموسومين متماثلين متزاوجين.

توجد أربعة كروماتيدات في كل زوج متماثل من الكروموسومات، ويوجد كروماتيدان في كل كروموسوم أحادي متضاعف يأتي من كل من الوالدين. وبما أن كل كروماتيد من هذه الكروماتيدات الأربعة سيكون في خلية بنوية مختلفة في نهاية الانقسام الميوزي، فإن تبادل أجزاء من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ بين الكروموسومات المتماثلة يمكن أن يزيد من التباين الوراثي للجاميتات الناتجة. ولا تنتج عن ذلك جينات جديدة؛ وذلك بسبب تبادل أجزاء الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ بين الكروموسومات المتماثلة.

لا يؤثر العبور على مخاطر حدوث طفرات في الحمض النووي ‪(DNA)‬‏، كما أنه لا يزيد أو يقلل من احتمال حدوث الإخصاب. وإنما يحدث خلاله تبادل لجزء من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ بين كروموسومات متماثلة قد توجد بينها اختلافات طفيفة. يمكن أن يحدث هذا للعديد من أزواج الكروموسومات البالغ عددها ٢٣ زوجًا خلال الانقسام الميوزي، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة التباين الوراثي في الجاميتات. إذن، نستنتج هنا أن العبور يزيد التباين الوراثي.

دعونا الآن نلخص ما تعلمناه عن الانقسام الميوزي من خلال مراجعة النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. ينتج الانقسام الميوزي أربعة جاميتات أحادية الصيغة الصبغية، وتكون مختلفة وراثيًّا. ويتكون هذا النوع الخاص من الانقسام الخلوي من مرحلتين؛ وهما الانقسام الميوزي الأول، والانقسام الميوزي الثاني. مراحل كل من الانقسام الميوزي الأول والانقسام الميوزي الثاني هي الطور التمهيدي، والطور الاستوائي، والطور الانفصالي، والطور النهائي. ينتج الانقسام الميوزي خلايا مميزة، ويرجع ذلك جزئيًّا إلى العبور، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث تباين وراثي.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.