תשובה אחת
ה-dna – החומר התורשתי
כל תא של יצור חי (חוץ מסוגים מסוימים של חיידקים) מכיל גרעין, שבו נמצא החומר התורשתי (dna). באדם – כל התאים מלבד תאי המין מכילים אותו dna, אבל כל רקמה מבטאת קבוצת גנים מסוימת, בהתאם לתפקיד האיבר. יחד עם זאת, בכל התאים יש ביטוי זהה לגבי התנהלות בסיסית מסוימת של התא, למשל משק אנרגיה.
החומר התורשתי מסודר במעין סולם, שבכל "שלב" שלו יש שני בסיסים – מולקולות ייחודיות של החומר התורשתי, שהיו במקור חומצות אמינו, והפכו לבסיסיות לאחר תגובה כימית עם חנקן. קיימים 4 סוגי בסיסים: a, t, c, ו-g.
כאשרa קשור ל-t ו-c קשור ל-g, החומר התורשתי, והתא כולו, יציבים יותר. לכל בסיס קשורים סוכר וזרחן. רצף הבסיסים וסידורם הוא שקובע את תכונות האדם / יצור.
כל תא בגוף האדם (מלבד תאי מין) מכיל 46 מולקולות של dna (אצל כל בעלי החיים המתרבים ברבייה מינית מספר הכרומוזומים הוא זוגי, משום שכל הורה תורם חצי מהמטען הגנטי). בדרך-כלל, מולקולות אלה מפוזרות במן "גוש" חסר סדר בגרעין. לפני תהליך המיטוזה – שבו חלה השתכפלות של התא, כלומר – בסוף התהליך יש שני תאים שזהים לחלוטין לתא המקור – החומר התורשתי מתארגן בצורה סידורית נוחה יותר להתחלקות ודחוסה מאוד, הקרויה "כרומוזום". כל תא סומטי (= תא של הגוף, לא תא מין) מכיל 23 זוגות של כרומוזומים, כאשר כל כרומוזום מכיל מטען גנטי שמקורו בהורה אחר. זוגות אלה קרויים "כרומוזומים הומולוגיים".
החלוקה לזוגות הכרומוזומים אף פעם אינה שרירותית. המיפוי נעשה לפי הדמיון בין הכרומוזומים, כלומר – לפי רצף התכונות שעליהם. לכל תכונה יש מיקום קבוע בכרומוזום, וכך הכרומוזומים מתמיינים לזוגות על פי התכונות שנמצאות על כל אחד מהם, לדוגמה: הכרומוזום המכיל את הגן לצבע העיניים שמקורו באם יהיה "בן-הזוג ההומולוג" של הכרומוזום המכיל גן זה שמקורו באב. האופן שבו מתבטאת תכונה זו באופן סופי היא תוצאה של הדינמיקה בין הגנים מכל הורה.
התכונות לא חייבות להיות דומות, אך המיקום שלהן זהה תמיד.
הכרומוזומים ההומולוגיים דומים זה לזה במבנה, באורך, בסדר ובסוג התכונות שעליהם. קיים דמיון בין הזוגות אצל כל בני אדם (מבחינה המבנה). לכן, ניתן למספר את זוגות הכרומוזומים ההומולוגיים במספרים קבועים, וכך יודעים איזה זוג "אחראי" לאיזו תכונה.
זוג מספר 23 אינו בהכרח הומולוג. אצל זכרים, קיים שוני בין הכרומוזומים – זוג זה מורכב מכרומוזום x וכרומוזום y. אצל נקבות, זוג זה מורכב מ-2 כרומוזומים x. מכך ניתן להסיק שמין הצאצא תלוי באב – האם הוא "יתרום" כרומוזום x או y, משום שהאם תמיד "תורמת" את כרומוזום x.
סטייה בכמות הכרומוזומים (עודף / חוסר) גורמת למחלות ובעיות ושונות, ובדרך-כלל עוברים שנולדים עם סטיות כאלה לא שורדים יותר מימים אחדים. אבל, יש כמה תסמונות יוצאות-דופן, שבהן העוברים מצליחים לשרוד:
* טריזומיה 21 – תסמונת דאון – עודף של כרומוזום בזוג מספר 21 – כלומר, יש "שלישייה".
* תסמונות של עודף / חוסר בכרומוזום x או y – למשל, תסמונת טרנר, תסמונת קליינפלטר.
תסמונות אלה גורמות בעיקר לשינויים בהתפתחות איברי המין ובעיות פוריות.
מיטוזה – חלוקת השוואה
כל תא בגופנו מתרבה ברבייה אל-מינית מסוג "מיטוזה", הקרויה גם "חלוקת השוואה", משום שכמות וסוג המידע התורשתי בכל אחד מתאי הבת בסוף התהליך זהה לכמות וסוג המידע התורשתי בתא האם. שלבי המיטוזה הם:
1. התא משכפל את ה-dna שלו, שמפוזר בחוסר סדר בתא, בצורה נוחה להכפלה, כך שיש 92 מולקולות של dna.
2. מולקולות ה-dna נדחסות ומתארגנות ב-46 זוגות כרומוזומים, משום שצורה זו נוחה יותר לחלוקה. כעת, כל זוג הוא בעצם זוג "כרומטידות אחיות" – הכרומוזום ההומולוג המקורי, וההעתק שלו.
3. גרעין התא "נעלם" – מעטפת הגרעין מתמוססת.
4. סיבי שלד התא משני הקטבים שלו נקשרים לאיזור המרכזי של כל זוג כרומוזומים, שמחבר בין שתי הכרומטידות. הזוגות מתייצבים במישור המרכזי של התא, כשכל כרומוזום קשור לשני סיבי שלד, כל אחד מקורו בקוטב אחר.
5. סיבי השלד נמתחים ומפרידים כל זוג כרומטידות לשני סלילים של dna. כל סליל מגיע לקוטב נגדי של התא.
6. התא מתפצל לשני תאים. קרום גרעין חדש נוצר, סיבי השלד מפורקים וחוזרים לתפקידם המקורי. בכל אחד מהתאים החדשים יש כעת 46 מולק' dna, ומידע תורשתי זהה לחלוטין לתא המקור.
7. הציטופלסמה מתחלקת בערך שווה בשווה בין התאים (וכך גם האברונים שבה).
באילו מקרים חלים תהליכים של התרבות תאים?
1. ביצורים חד-תאיים – כדי לשמור על המשכיות.
2. ביצורים רב-תאיים – בזמן גדילה.
3. ביצורים רב-תאיים – כשדרוש ריפוי של תא פצוע, התחדשות של תאים.
יתרונותיה של המיטוזה:
- זהו תהליך מדויק, מהיר ויעיל.
- אין צורך בחיפוש בן-זוג ובהשקעת מאמצים בניסיון לזכות בבת זוג.
- הצאצאים דומים בכל להורה שלהם.
חסרונותיה של המיטוזה:
-חוסר השונות הגנטית עלולה להביא להשמדתו של מין שלם. כיוון שהתאים שמתקבלים זהים זה לזה, אם יש גורם בסביבה שפוגע במרכיב מסוים בתא, הוא יפגע בכל התאים.
-"טעות לעולם חוזרת" – אם יש פגם בתא המקורי או בתהליך עצמו, הוא יחול גם בתאי הבת.
הרבייה האל-מינית מתאימה יותר ליצורים החיים בסביבה בה יש תנאים אחידים, צפויים ולא משתנים.
תאים בגופנו שמתרבים בקצב מואץ: כבד, עור, מעי, קיבה.
תאים בגופנו שמתרבים מעט במהלך חיינו: מוח (עצב), שריר הלב.
מיוזה – חלוקת הפחתה
המיוזה היא תהליך חלוקה של תא סומטי ליצירת תא זוויג.
הוא קרוי "חלוקת הפחתה", משום שבסוף התהליך, התא שנוצר (תא המין) מכיל חצי מכמות הכרומוזומים של התא המקורי – כלומר, חצי מכמות המידע התורשתי.
תאי המין לא מתחלקים בעצמם – משמעות תהליך המיוזה היא יצירת תאי מין מתא סומטי.
לא כל תא יכול ליצור תא זוויג. יש תאים ייעודיים לכך – תאים מסוימים בשחלות ובאשכים.
כפי שאמרנו קודם, בתהליך ההפריה מתרחשת התלכדות בין תא מין זכרי לנקבי. כדי שלצאצא לא תהיה כמות כפולה של dna, בכל תא מין יש רק 23 כרומוזומים (לא זוגות).
שלבי תהליך המיוזה:
1. התא הסומטי שמיועד ליצור תא זוויג (בשחלה / אשך) מכפיל את ה-dna שבו. כעת, כל זוג כרומוזומים מורכב משתי כרומטידות אחיות – הכרומוזום המקורי, וההעתק שזהה לו.
2. כל זוג של כרומטידות אחיות מסתדר מול הזוג ההומולוג שלו.
3. מתרחש "שחלוף" – ערבוב אקראי של תכונות בין הכרומוזומים ההומולוגיים (בלבד- לא בין כרומטידות), שבסופו של כרומוזום מכיל גנים משולבים של האב ושל האם. הערבוב יכול להתקיים רק בין אותן תכונות, שמיקומן זהה בשני ההומולוגיים – למשל, החלפת הגן לצבע העיניים.
כך, כשגנים אלו יועברו לצאצאים, לצאצא יהיו גנים מכל "סביו" ו"סבתותיו".
התהליך יוצר מגוון גנטי בתאי המין שמתקבלים, ובכך מגדיל את היתרון ההישרדותי של הרבייה המינית.
בסוף התהליך, הכרומטידות האחיות אינן זהות עוד.
4. "המיוזה הראשונה" - הזוגות ההומולוגיים מתייצבים על מישור המשווה של התא, וסיבי השלד מכל קוטב נקשרים לאיזור המרכזי של כל זוג. סיבי השלד נמתחים ומפרידים את זוגות ההומולוגיים, כך שכל הומולוג, שמקורו בהורה אחר, מגיע לתא אחר. בעצם, כל תא מקבל 23 זוגות של כרומטידות אחיות.
5. נוצרים שני תאים עם כמות רגילה של כרומוזומים, אך רק חלק מהמידע התורשתי שהיה בתא המקורי, באופן אקראי.
6. כעת, כדי ליצור תאים עם חצי מכמות הכרומוזומים, מתרחשת חלוקה נוספת, הדומה מאוד לזו שמתרחשת במיטוזה – "המיוזה השנייה": כל זוג של כרומטידות אחיות מופרד ע"י סיבי השלד, ובסה"כ – נוצרים ארבעה תאים חדשים.
בסיום התהליך, נוצרו ארבעה תאי מין מגוונטים גנטית, אף אחד מהם אינו זהה לתא המקורי, שלכל אחד מהם 23 כרומוזומים.
אצל זכרים, שניים מתוך תאי הבת שנוצרים מכילים כרומוזום x, והשניים האחרים מכילים כרומוזום y.
פלואידיות של תא = n
זהו מושג המתאר את כמות המידע התורשתי שמכיל תא של יצור מסוים.
לדוגמה, אצל בני אדם 23=n, מפני שיש 23 סוגים של כרומוזומים המכילים מידע ספציפי.
לגבי כל היצורים החיים המתרבים ברבייה מינית, ניתן לאפיין שני סוגי תאים:
תא הפלואידי – מכיל n מידע. אלו בעצם תאי מין.
תא דיפלואידי – מכיל n2 מידע. אלו בעצם תאים סומטיים.
הסבר- פלואידיות של התא בשלבים השונים של המיוזה:
1. תא המקור הוא תא סומטי, ולכן מכיל 46 כרומוזומים – 23 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים. כלומר, 2n.
2. התא מכפיל את ה-dna שבו, כלומר – יש 92 כרומוזומים. אבל, הם עדיין נחשבים כ-23 זוגות (n2), משום שהכרומטידות האחיות שנוצרו בהכפלה לא מכילות אינפורמציה חדשה, אלה לא סוגים חדשים של כרומוזומים הומולוגיים. במקרה זה, מה שנחשב "זוג" הוא בעצם "רביעייה" – כל אחד מהכרומוזומים ההומולוגיים המקוריים, וה"אח התאום" של כל אחד מהם.
3. התא מתחלק לשני תאים חדשים, שכל אחד מהם מקבל רק כרומוזום הומולוג אחד מכל זוג.
כל תא שנוצר מכיל 46 כרומוזומים, שנחשבים כ-23 כרומוזומים שאינם זוגות (n), משום שיש 23 כרומוזומים הומולוגיים, ו-23 "אחים תאומים" שלהם.
4. הכרומטידות האחיות מופרדות, כלומר – כל אחד מארבעת התאים שנוצרים עדיין מכיל 23 כרומוזומים שאינם זוגות (n). ההיפרדות של הכרומטידות האחיות לא שינתה את כמות המידע, ולכן התאים לאחר המיוזה הראשונה והתאים לאחר המיוזה השנייה נחשבים כבעלי n זהה.
ההפחתה בכמות המידע התורשתי מתרחשת כבר לאחר המיוזה הראשונה, בגלל השחלוף. כל אחד מהתאים שנוצרים אמנם מכיל 46 כרומוזומים, כמו כל תא רגיל, אך רק חלק מהמידע התורשתי שהיה בתא המקורי.
ההפחתה במספר הכרומוזומים מתרחשת לאחר המיוזה השנייה.
היפרדות בלתי תלויה של כרומוזומים
לפני החלוקה הראשונה במיוזה – לאחר הכפלת המידע התורשתי, ולפני הפרדת הכרומוזומים ההומולוגיים, בתא יש 23 כרומוזומים מהאב + הכרומטידות האחיות שלהם, ו-23 כרומוזומים מהאם+ הכרומטידות האחיות שלהם. בסך הכל: 23 זוגות הומולוגיים + 46 כרומטידות אחיות.
הפרדתם של הכרומוזומים ההומולוגיים בלתי תלויה, אלא רנדומלית: לא בהכרח כל הכרומוזומים מהאב יעברו לתא אחד, וכל הכרומוזומים מהאם יעברו לתא השני. (יש לציין שגם אם קורה דבר כזה, שחלוף הגנים שהתרחש קודם לכן בין ההומולוגיים מונע מצב שבו לצאצא יהיו גנים רק מ"סב" אחד).
למשל, לתא בעל 3 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים יש 4 דרכים להתחלקות, כלומר – 8 אופציות של צירופים שונים בתאי הבת.
הנוסחה המתארת את כמות הצירופים האפשריים בחלוקה הראשונה במיוזה:
n מייצג את מספר זוגות הכרומוזומים ההומולוגיים שנמצאים בתא מסוים.
הסבר: נדמיין שיש לנו שק ובו מעורבבים n כרומוזומים שמקורם באב ו- n כרומוזומים שמקורם באם.
אנו מוציאים מהשק 23 כרומוזומים באופן אקראי. ההסתברות לקבלת כרומוזום מהאב תהיה שווה להסתברות לקבלת כרומוזום מהאם בכל פעם – 50%, כלומר. ההסתברות לצירוף מסוים, למשל של 5 כרומוזומים, תהיה שווה למכפלת ההסתברויות של כל כרומוזום להיות מהאב / מהאם:. כלומר, מספר הצירופים האפשריים הם:.
לגבי n סוגים, הנוסחה תהיה.
לבני אדם יש 23 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים, כלומר הנוסחה היא:. המשמעות היא שיש 8,388,608 לצירופים אפשריים.
לסיכום, ישנם 3 גורמים בתהליך המיוזה שמשפיעים על המגוון הגנטי בין תאי המין:
1. שחלוף – ערבוב גנים בין הכרומוזומים ההומולוגיים, שמתרחש לפני המיוזה הראשונה, גורם לכך שכל כרומוזום הומולוג מכיל גנים שמקורם באם וגם באב בסוף התהליך.
2. אלמנט ההפחתה – הפחתה מכמות המידע התורשתי המקורי, כדי למנוע הכפלה שלו במשך הדורות בגלל ההתאחות בין תא המין הזכרי לנקבי.
3. הפרדות בלתי תלויה של כרומוזומים הומולוגיים – קיים מגוון של צירופים אפשריים לחלוקה, בהתאם למספר הזוגות ההומולוגיים.
כל תא של יצור חי (חוץ מסוגים מסוימים של חיידקים) מכיל גרעין, שבו נמצא החומר התורשתי (dna). באדם – כל התאים מלבד תאי המין מכילים אותו dna, אבל כל רקמה מבטאת קבוצת גנים מסוימת, בהתאם לתפקיד האיבר. יחד עם זאת, בכל התאים יש ביטוי זהה לגבי התנהלות בסיסית מסוימת של התא, למשל משק אנרגיה.
החומר התורשתי מסודר במעין סולם, שבכל "שלב" שלו יש שני בסיסים – מולקולות ייחודיות של החומר התורשתי, שהיו במקור חומצות אמינו, והפכו לבסיסיות לאחר תגובה כימית עם חנקן. קיימים 4 סוגי בסיסים: a, t, c, ו-g.
כאשרa קשור ל-t ו-c קשור ל-g, החומר התורשתי, והתא כולו, יציבים יותר. לכל בסיס קשורים סוכר וזרחן. רצף הבסיסים וסידורם הוא שקובע את תכונות האדם / יצור.
כל תא בגוף האדם (מלבד תאי מין) מכיל 46 מולקולות של dna (אצל כל בעלי החיים המתרבים ברבייה מינית מספר הכרומוזומים הוא זוגי, משום שכל הורה תורם חצי מהמטען הגנטי). בדרך-כלל, מולקולות אלה מפוזרות במן "גוש" חסר סדר בגרעין. לפני תהליך המיטוזה – שבו חלה השתכפלות של התא, כלומר – בסוף התהליך יש שני תאים שזהים לחלוטין לתא המקור – החומר התורשתי מתארגן בצורה סידורית נוחה יותר להתחלקות ודחוסה מאוד, הקרויה "כרומוזום". כל תא סומטי (= תא של הגוף, לא תא מין) מכיל 23 זוגות של כרומוזומים, כאשר כל כרומוזום מכיל מטען גנטי שמקורו בהורה אחר. זוגות אלה קרויים "כרומוזומים הומולוגיים".
החלוקה לזוגות הכרומוזומים אף פעם אינה שרירותית. המיפוי נעשה לפי הדמיון בין הכרומוזומים, כלומר – לפי רצף התכונות שעליהם. לכל תכונה יש מיקום קבוע בכרומוזום, וכך הכרומוזומים מתמיינים לזוגות על פי התכונות שנמצאות על כל אחד מהם, לדוגמה: הכרומוזום המכיל את הגן לצבע העיניים שמקורו באם יהיה "בן-הזוג ההומולוג" של הכרומוזום המכיל גן זה שמקורו באב. האופן שבו מתבטאת תכונה זו באופן סופי היא תוצאה של הדינמיקה בין הגנים מכל הורה.
התכונות לא חייבות להיות דומות, אך המיקום שלהן זהה תמיד.
הכרומוזומים ההומולוגיים דומים זה לזה במבנה, באורך, בסדר ובסוג התכונות שעליהם. קיים דמיון בין הזוגות אצל כל בני אדם (מבחינה המבנה). לכן, ניתן למספר את זוגות הכרומוזומים ההומולוגיים במספרים קבועים, וכך יודעים איזה זוג "אחראי" לאיזו תכונה.
זוג מספר 23 אינו בהכרח הומולוג. אצל זכרים, קיים שוני בין הכרומוזומים – זוג זה מורכב מכרומוזום x וכרומוזום y. אצל נקבות, זוג זה מורכב מ-2 כרומוזומים x. מכך ניתן להסיק שמין הצאצא תלוי באב – האם הוא "יתרום" כרומוזום x או y, משום שהאם תמיד "תורמת" את כרומוזום x.
סטייה בכמות הכרומוזומים (עודף / חוסר) גורמת למחלות ובעיות ושונות, ובדרך-כלל עוברים שנולדים עם סטיות כאלה לא שורדים יותר מימים אחדים. אבל, יש כמה תסמונות יוצאות-דופן, שבהן העוברים מצליחים לשרוד:
* טריזומיה 21 – תסמונת דאון – עודף של כרומוזום בזוג מספר 21 – כלומר, יש "שלישייה".
* תסמונות של עודף / חוסר בכרומוזום x או y – למשל, תסמונת טרנר, תסמונת קליינפלטר.
תסמונות אלה גורמות בעיקר לשינויים בהתפתחות איברי המין ובעיות פוריות.
מיטוזה – חלוקת השוואה
כל תא בגופנו מתרבה ברבייה אל-מינית מסוג "מיטוזה", הקרויה גם "חלוקת השוואה", משום שכמות וסוג המידע התורשתי בכל אחד מתאי הבת בסוף התהליך זהה לכמות וסוג המידע התורשתי בתא האם. שלבי המיטוזה הם:
1. התא משכפל את ה-dna שלו, שמפוזר בחוסר סדר בתא, בצורה נוחה להכפלה, כך שיש 92 מולקולות של dna.
2. מולקולות ה-dna נדחסות ומתארגנות ב-46 זוגות כרומוזומים, משום שצורה זו נוחה יותר לחלוקה. כעת, כל זוג הוא בעצם זוג "כרומטידות אחיות" – הכרומוזום ההומולוג המקורי, וההעתק שלו.
3. גרעין התא "נעלם" – מעטפת הגרעין מתמוססת.
4. סיבי שלד התא משני הקטבים שלו נקשרים לאיזור המרכזי של כל זוג כרומוזומים, שמחבר בין שתי הכרומטידות. הזוגות מתייצבים במישור המרכזי של התא, כשכל כרומוזום קשור לשני סיבי שלד, כל אחד מקורו בקוטב אחר.
5. סיבי השלד נמתחים ומפרידים כל זוג כרומטידות לשני סלילים של dna. כל סליל מגיע לקוטב נגדי של התא.
6. התא מתפצל לשני תאים. קרום גרעין חדש נוצר, סיבי השלד מפורקים וחוזרים לתפקידם המקורי. בכל אחד מהתאים החדשים יש כעת 46 מולק' dna, ומידע תורשתי זהה לחלוטין לתא המקור.
7. הציטופלסמה מתחלקת בערך שווה בשווה בין התאים (וכך גם האברונים שבה).
באילו מקרים חלים תהליכים של התרבות תאים?
1. ביצורים חד-תאיים – כדי לשמור על המשכיות.
2. ביצורים רב-תאיים – בזמן גדילה.
3. ביצורים רב-תאיים – כשדרוש ריפוי של תא פצוע, התחדשות של תאים.
יתרונותיה של המיטוזה:
- זהו תהליך מדויק, מהיר ויעיל.
- אין צורך בחיפוש בן-זוג ובהשקעת מאמצים בניסיון לזכות בבת זוג.
- הצאצאים דומים בכל להורה שלהם.
חסרונותיה של המיטוזה:
-חוסר השונות הגנטית עלולה להביא להשמדתו של מין שלם. כיוון שהתאים שמתקבלים זהים זה לזה, אם יש גורם בסביבה שפוגע במרכיב מסוים בתא, הוא יפגע בכל התאים.
-"טעות לעולם חוזרת" – אם יש פגם בתא המקורי או בתהליך עצמו, הוא יחול גם בתאי הבת.
הרבייה האל-מינית מתאימה יותר ליצורים החיים בסביבה בה יש תנאים אחידים, צפויים ולא משתנים.
תאים בגופנו שמתרבים בקצב מואץ: כבד, עור, מעי, קיבה.
תאים בגופנו שמתרבים מעט במהלך חיינו: מוח (עצב), שריר הלב.
מיוזה – חלוקת הפחתה
המיוזה היא תהליך חלוקה של תא סומטי ליצירת תא זוויג.
הוא קרוי "חלוקת הפחתה", משום שבסוף התהליך, התא שנוצר (תא המין) מכיל חצי מכמות הכרומוזומים של התא המקורי – כלומר, חצי מכמות המידע התורשתי.
תאי המין לא מתחלקים בעצמם – משמעות תהליך המיוזה היא יצירת תאי מין מתא סומטי.
לא כל תא יכול ליצור תא זוויג. יש תאים ייעודיים לכך – תאים מסוימים בשחלות ובאשכים.
כפי שאמרנו קודם, בתהליך ההפריה מתרחשת התלכדות בין תא מין זכרי לנקבי. כדי שלצאצא לא תהיה כמות כפולה של dna, בכל תא מין יש רק 23 כרומוזומים (לא זוגות).
שלבי תהליך המיוזה:
1. התא הסומטי שמיועד ליצור תא זוויג (בשחלה / אשך) מכפיל את ה-dna שבו. כעת, כל זוג כרומוזומים מורכב משתי כרומטידות אחיות – הכרומוזום המקורי, וההעתק שזהה לו.
2. כל זוג של כרומטידות אחיות מסתדר מול הזוג ההומולוג שלו.
3. מתרחש "שחלוף" – ערבוב אקראי של תכונות בין הכרומוזומים ההומולוגיים (בלבד- לא בין כרומטידות), שבסופו של כרומוזום מכיל גנים משולבים של האב ושל האם. הערבוב יכול להתקיים רק בין אותן תכונות, שמיקומן זהה בשני ההומולוגיים – למשל, החלפת הגן לצבע העיניים.
כך, כשגנים אלו יועברו לצאצאים, לצאצא יהיו גנים מכל "סביו" ו"סבתותיו".
התהליך יוצר מגוון גנטי בתאי המין שמתקבלים, ובכך מגדיל את היתרון ההישרדותי של הרבייה המינית.
בסוף התהליך, הכרומטידות האחיות אינן זהות עוד.
4. "המיוזה הראשונה" - הזוגות ההומולוגיים מתייצבים על מישור המשווה של התא, וסיבי השלד מכל קוטב נקשרים לאיזור המרכזי של כל זוג. סיבי השלד נמתחים ומפרידים את זוגות ההומולוגיים, כך שכל הומולוג, שמקורו בהורה אחר, מגיע לתא אחר. בעצם, כל תא מקבל 23 זוגות של כרומטידות אחיות.
5. נוצרים שני תאים עם כמות רגילה של כרומוזומים, אך רק חלק מהמידע התורשתי שהיה בתא המקורי, באופן אקראי.
6. כעת, כדי ליצור תאים עם חצי מכמות הכרומוזומים, מתרחשת חלוקה נוספת, הדומה מאוד לזו שמתרחשת במיטוזה – "המיוזה השנייה": כל זוג של כרומטידות אחיות מופרד ע"י סיבי השלד, ובסה"כ – נוצרים ארבעה תאים חדשים.
בסיום התהליך, נוצרו ארבעה תאי מין מגוונטים גנטית, אף אחד מהם אינו זהה לתא המקורי, שלכל אחד מהם 23 כרומוזומים.
אצל זכרים, שניים מתוך תאי הבת שנוצרים מכילים כרומוזום x, והשניים האחרים מכילים כרומוזום y.
פלואידיות של תא = n
זהו מושג המתאר את כמות המידע התורשתי שמכיל תא של יצור מסוים.
לדוגמה, אצל בני אדם 23=n, מפני שיש 23 סוגים של כרומוזומים המכילים מידע ספציפי.
לגבי כל היצורים החיים המתרבים ברבייה מינית, ניתן לאפיין שני סוגי תאים:
תא הפלואידי – מכיל n מידע. אלו בעצם תאי מין.
תא דיפלואידי – מכיל n2 מידע. אלו בעצם תאים סומטיים.
הסבר- פלואידיות של התא בשלבים השונים של המיוזה:
1. תא המקור הוא תא סומטי, ולכן מכיל 46 כרומוזומים – 23 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים. כלומר, 2n.
2. התא מכפיל את ה-dna שבו, כלומר – יש 92 כרומוזומים. אבל, הם עדיין נחשבים כ-23 זוגות (n2), משום שהכרומטידות האחיות שנוצרו בהכפלה לא מכילות אינפורמציה חדשה, אלה לא סוגים חדשים של כרומוזומים הומולוגיים. במקרה זה, מה שנחשב "זוג" הוא בעצם "רביעייה" – כל אחד מהכרומוזומים ההומולוגיים המקוריים, וה"אח התאום" של כל אחד מהם.
3. התא מתחלק לשני תאים חדשים, שכל אחד מהם מקבל רק כרומוזום הומולוג אחד מכל זוג.
כל תא שנוצר מכיל 46 כרומוזומים, שנחשבים כ-23 כרומוזומים שאינם זוגות (n), משום שיש 23 כרומוזומים הומולוגיים, ו-23 "אחים תאומים" שלהם.
4. הכרומטידות האחיות מופרדות, כלומר – כל אחד מארבעת התאים שנוצרים עדיין מכיל 23 כרומוזומים שאינם זוגות (n). ההיפרדות של הכרומטידות האחיות לא שינתה את כמות המידע, ולכן התאים לאחר המיוזה הראשונה והתאים לאחר המיוזה השנייה נחשבים כבעלי n זהה.
ההפחתה בכמות המידע התורשתי מתרחשת כבר לאחר המיוזה הראשונה, בגלל השחלוף. כל אחד מהתאים שנוצרים אמנם מכיל 46 כרומוזומים, כמו כל תא רגיל, אך רק חלק מהמידע התורשתי שהיה בתא המקורי.
ההפחתה במספר הכרומוזומים מתרחשת לאחר המיוזה השנייה.
היפרדות בלתי תלויה של כרומוזומים
לפני החלוקה הראשונה במיוזה – לאחר הכפלת המידע התורשתי, ולפני הפרדת הכרומוזומים ההומולוגיים, בתא יש 23 כרומוזומים מהאב + הכרומטידות האחיות שלהם, ו-23 כרומוזומים מהאם+ הכרומטידות האחיות שלהם. בסך הכל: 23 זוגות הומולוגיים + 46 כרומטידות אחיות.
הפרדתם של הכרומוזומים ההומולוגיים בלתי תלויה, אלא רנדומלית: לא בהכרח כל הכרומוזומים מהאב יעברו לתא אחד, וכל הכרומוזומים מהאם יעברו לתא השני. (יש לציין שגם אם קורה דבר כזה, שחלוף הגנים שהתרחש קודם לכן בין ההומולוגיים מונע מצב שבו לצאצא יהיו גנים רק מ"סב" אחד).
למשל, לתא בעל 3 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים יש 4 דרכים להתחלקות, כלומר – 8 אופציות של צירופים שונים בתאי הבת.
הנוסחה המתארת את כמות הצירופים האפשריים בחלוקה הראשונה במיוזה:
n מייצג את מספר זוגות הכרומוזומים ההומולוגיים שנמצאים בתא מסוים.
הסבר: נדמיין שיש לנו שק ובו מעורבבים n כרומוזומים שמקורם באב ו- n כרומוזומים שמקורם באם.
אנו מוציאים מהשק 23 כרומוזומים באופן אקראי. ההסתברות לקבלת כרומוזום מהאב תהיה שווה להסתברות לקבלת כרומוזום מהאם בכל פעם – 50%, כלומר. ההסתברות לצירוף מסוים, למשל של 5 כרומוזומים, תהיה שווה למכפלת ההסתברויות של כל כרומוזום להיות מהאב / מהאם:. כלומר, מספר הצירופים האפשריים הם:.
לגבי n סוגים, הנוסחה תהיה.
לבני אדם יש 23 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים, כלומר הנוסחה היא:. המשמעות היא שיש 8,388,608 לצירופים אפשריים.
לסיכום, ישנם 3 גורמים בתהליך המיוזה שמשפיעים על המגוון הגנטי בין תאי המין:
1. שחלוף – ערבוב גנים בין הכרומוזומים ההומולוגיים, שמתרחש לפני המיוזה הראשונה, גורם לכך שכל כרומוזום הומולוג מכיל גנים שמקורם באם וגם באב בסוף התהליך.
2. אלמנט ההפחתה – הפחתה מכמות המידע התורשתי המקורי, כדי למנוע הכפלה שלו במשך הדורות בגלל ההתאחות בין תא המין הזכרי לנקבי.
3. הפרדות בלתי תלויה של כרומוזומים הומולוגיים – קיים מגוון של צירופים אפשריים לחלוקה, בהתאם למספר הזוגות ההומולוגיים.
באותו הנושא: