Av Kevin Beck Uppdaterad 30 augusti 2022
Prokaryota organismer som bakterier är encelliga, men de reproducerar sig effektivt genom binär fission och producerar identiska dotterceller. Däremot innehåller eukaryota celler mycket mer DNA – mänskliga somatiska celler bär 46 kromosomer inom en membranbunden kärna – och de delar sig vanligtvis genom mitos, vilket också ger genetiskt identiska avkommor.
Gameter, de fortplantningsceller som produceras i gonaderna (äggstockar och testiklar), bildas av en distinkt delningsprocess som kallas meios. Medan meios delar många egenskaper med mitos, introducerar den två kritiska mekanismer - rekombination (överkorsning) och oberoende sortiment - som genererar genetisk mångfald. Utan dessa steg skulle meios inte bidra till variation mellan individer.
När vi frågar hur meios skapar genetisk mångfald, frågar vi verkligen vilka stadier av processen som introducerar variation i könscellerna. Två faser - profas I och metafas II - är särskilt viktiga för att skapa de skillnader vi observerar.
Mitos består av fyra faser:profas, metafas, anafas och telofas. Efter DNA-replikation har en mänsklig cell 46 systerkromatider. Under profas kondenserar kromatiderna; i metafas radar de upp sig vid cellens ekvator; anafas drar isär kromatiderna; och telofas reformerar två kärnor, följt av cytokines för att skapa två identiska dotterceller.
Meios delas in i meiosI och meiosII, var och en speglar de fyra mitotiska stadierna. I profas I, istället för 46 par systerkromatider, parar sig de 23 homologa kromosomparen (ett från varje förälder) för att bilda tetrader - en grupp av fyra kromatider. Denna sammankoppling är den första antydan om hur meios skiljer sig från mitos.
Under metafas I radas tetraderna slumpmässigt upp längs spindeln. I anafas I separeras de homologa kromosomerna (föräldraparen), men varje kromosom innehåller fortfarande två systerkromatider. TelofasI och cytokines delar upp cellen i två haploida celler, var och en med 23 kromosomer.
Var och en av dessa två celler går sedan in i meiosisII, en process som liknar en enda omgång av mitos. Resultatet är fyra haploida könsceller som var och en bär 23 kromosomer istället för de 46 som finns i somatiska celler.
Överkorsning sker under profasI när homologa kromosomer fysiskt utbyter DNA-segment. Detta "byte" av genetiskt material innebär att när kromosomerna separeras i anafas I, är de resulterande kromatiderna inte identiska med sina original. Rekombination blandar alleler och skapar nya kombinationer som förbättrar mångfalden.
Oberoende sortiment avser den slumpmässiga orienteringen av tetrader under metafas I. Varje kromosompar har lika stor chans att anpassa sig på vardera sidan av spindeln, vilket innebär att segregeringen av kromosomer till gameter är stokastisk. Med 23 par finns det 2^23, eller 8,4 miljoner, möjliga gametkombinationer bara från denna mekanism.
I kombination med variationen som introduceras av rekombination säkerställer meios att inga två könsceller är identiska – förutom i det sällsynta fallet med enäggstvillingar – vilket framhäver den anmärkningsvärda genetiska mångfalden som produceras av sexuell reproduktion.
