Hogy lehet egy osztódás számfelező és mi köze ehhez egy királynak? Mik a homológ kromoszómapárok? Mik a sejt trükkjei? Van különbség a fiúk és a lányok között? Miért kell ennyire bonyolítani?

Bemelegítés – az alapok

Lássuk, hogyan keletkeznek az ivarsejtek!

HASONLAT
A mesebeli király vagyona 6 gazdaság, 4 erdő, 2 kastély és ezek berendezéseiből állt. Halála előtt megduplázta mindenét, majd a hagyaték minden eleméből az egyiket az egyik, a másikat a másik fiára hagyta. A királyfiak vagyona az apjukéval mindenben megegyező és teljesen egyforma volt. Ez a számtartó osztódás hasonlata: a vagyontárgyak a kromoszómák (emberben összesen 46), amik a sejtosztódás előtt megduplázódnak, majd szimmetrikusan szétosztódnak a 2 utódsejt között. Ebben a történetben utódok közti egyenlő szétosztás, azaz felezés van, így a végösszeg csak akkor lesz azonos a kiindulási számmal, ha a szétosztást egy megkettőzés előzi meg.
Történetünk folytatásában mindkét fiúnak két kiskirályfija született, azaz a mesebeli királynak 4 unokája lett. A királyfiak azonban hirtelen haltak meg, így a kiskirályfiaknak meg kellett egyezniük, ki mit örököl. A testvérek szerették egymást, ezért mindent megfeleztek: a 6 gazdaság, a 4 erdő, a 2 kastély és minden vagyontárgy egyikét az egyik, másikát a másik fivér kapta. Hogy néz ki az unokák öröksége? A hagyaték elemeinek jellege (típusa) azonos: mind a 4 unokának (kiskirályfinak) 3 gazdasága, 2 erdeje és 1 kastélya lett. Ez a mesebeli király (nagyapjuk) vagyonának a fele. A kiskirályfik vagyontárgyai nem egyformák, mert például a testvérek egyike a márványból, a másika a kőből épített kastélyt választotta.
A számfelező osztódásban lényegében ugyanez történik: a 46 kromoszóma először megduplázódik, majd kétszer megfeleződik, így az osztódás végén keletkező 4 utódsejt mindegyikének 23-23 kromoszómája lesz csak (46*2=92, 92/2=46, 46/2=23).

Fejtörő

Az állatokban a sejtek diploidok. A diploiditás azt jelenti, hogy a kromoszómakészletben 2 kromoszóma szerelvény van, mert minden kromoszómának van egy apai és egy anyai példánya (a „di-” előtag jelentése: kettő). Az egymásnak megfelelő kromoszómák a homológ kromoszómapárok. Az embernek 23 kromoszómapárja (tehát 23×2=46 kromoszómája) van: ezek közül 22 pár (44 kromoszóma) testi, 1 pár (2 kromoszóma) pedig ivari (a nemet meghatározó) kromoszóma (lásd kromoszómaszerelvény).

Fejtörő

A számfelező osztódás (meiózis) két fázisból áll. Az első szakasz ugyanúgy kezdődik, mint a mitózis: az ivarsejteket létrehozó sejt megduplázza a kromoszómaszámát, így kétkromatidás kromoszómákat alakít ki. Ezek, miközben felsorakoznak az egyenlítői síkba, a homológ párok tagjai megkeresik egymást és egymással szemben helyezkednek el. Ezután a homológ párok tagjai válnak el egymástól, ezért az utód- vagy leánysejtekbe a párosnak vagy csak anyai, vagy csak apai tagja kerül. Ezzel a diploiditás megszűnik, haploid utódsejtek születnek, amelyekben a kromoszómák száma a felére csökken (az utódsejtekben csak 1 kromoszóma szerelvény lesz).

Fejtörő

A meiózis második szakaszaszában DNS-szintézis már nincsen, a meglévő DNS-molekulák (kromatidák) szétosztása történik. Az első szakaszban kapott kétkromatidás kromoszómák mindkét utódsejtben felsorakoznak az egyenlítői síkban, majd a testvérkromatidák válnak szét és kerülnek két-két leánysejtbe. Összességében a meiózis során 4 haploid leánysejt keletkezik, amelyek kromoszómaszerelvény összetétele (a kromoszómák szülői eredete szempontjából) eltérő.

Fejtörő

Két homológ pár esetében is többféle végeredmény adódhat, nem is beszélve arról, hogy diploid sejtjeinkben nem 2, hanem 23 homológ kromoszómapár van. Az, hogy ezek anyai és apai tagjai milyen arányban kerülnek a haploid sejtekbe, illetve, hogy egy adott sejtbe éppen melyik kromoszóma anyai (vagy apai) kópiája kerül, az a véletlenen múlik. Ha a szülői kromoszómákon ugyanazon génnek más-más változatai (alléljai) vannak, akkor nem mindegy, hogy egy adott sejtbe melyik nagyszülőtől származó kromoszóma kerül.

A meiózis eredményeként született sejtekben a szülői tulajdonságok „keverednek”, új kromoszóma-kombinációk jönnek létre. Van még egy esemény, ami a változatosságot növeli: ez a genetikai rekombináció. Ez a meiózis kezdetén történik, mégpedig a párba rendeződött homológ kromoszómák között: ezek egymásnak megfelelő szakaszai átfedésbe kerülnek, rajtuk keresztül a karok átkereszteződnek, az átfedő régiók kicserélődnek és beépülnek a homológ kromoszómába. Így az anyai kromoszómába apai, az apaiba pedig anyai eredetű szakaszok kerülnek, a rajtuk lévő génváltozatokkal együtt. Mondhatjuk, hogy emiatt egy kromoszómán belül is „keverednek” a szülői tulajdonságok, egy kromoszómán is új gén-kombinációk jönnek létre – a „re-kombináció” jelentése „újra kombinálódás”. Ha csak 1 rekombináció is történik, a 4 utódsejt mindegyike különböző lesz.

Meiozis: görög szóból származik, ami csökkenést jelent.

Fejtörő

Játék a szavakkal: hogyan lehet 2 emberben lévő tulajdonságokat egy emberbe összehozni?

Különbség a fiúk és lányok között

A herében lévő ivarsejtképző sejteknek mind a 4 utódsejtje hímivarsejtté fejlődik. A fiúk ivarsejtképző sejtjei élethosszig képesek mitózissal megfelelő kiindulási sejtszámot fenntartani és meiózissal folyamatosan ivarsejteket képezni. Az ivarsejtképzés normálisnak tekinthető, ha egy ejakulátumban a hímivarsejtek száma közelíti a 40 milliót (fontos persze az is, hogy ezek megfelelő számban legyenek életképes, ép spermiumok). A lányokban más a helyzet: az ő ivarsejtjeik száma nagyságrendekkel kisebb. Ennek egyik oka, hogy a petefészekben létrejövő haploid sejteknek csak a negyedéből (egy osztódást tekintve a 4 utódsejt közül csak az egyikből) válik petesejt. A másik ok az, hogy a petefészekben már a magzati korban kialakul az ivarsejtképző sejtek végleges száma, és ezek szinte mindegyike be is lép a meiózisba. Ez azt jelenti, hogy születésükkor a kislány újszülöttek ivarsejtképző sejtekkel (gyakorlatilag) már nem rendelkeznek, bennük már fejletlen ivarsejtek, petesejt-kezdemények vannak. Ahány petesejt-kezdeménnyel születnek, annyival gazdálkodnak életük során. Ez a reproduktív kor kezdetén 200-400 ezer petesejt. A nők reproduktív kora átlagban 13 éves kortól 50 éves korig tart, azaz 37 év. Ez idő alatt havonta átlagosan csak egy petesejtjük érik meg, azaz a készletből csak 37 (év) x 12 (hónap) x 1, összesen 444 petesejtet „használnak fel”. Az ehhez képest nagynak tűnő felesleg (200-400 ezer) azért hasznos, mert a születéskor rendelkezésre álló sejtek nagy része az évek során elpusztul. Ez olyannyira igaz, hogy az 50-es évek elejére a petefészek kiürül (ennek az öregedésben is van szerepe, mert a petefészek hormontermelése megváltozik). Az, hogy a lányok már petesejt-kezdeményekkel születnek, azt is jelenti, hogy petesejtjeik, akárhány éves korukban is válnak azok éretté, annyi idősek, mint abban a pillanatban a „gazdájuk” – ezzel szemben a hímivarsejtek mindig frissen létrejött, „fiatal” sejtek.

Fejtörő

Összegzés

Ha azt gondolod, hogy a számfelező osztódás bonyolultabb, mint a számfelező osztódás, igazad van! Ezért is javasoljuk, hogy a továbblapozás előtt nézd meg újra Levente és Cicus okoskodását, hogy a fejtörőkkel elmélyített ismereteid helyét megtaláld benne!

Miért ilyen bonyolult?

Végezetül egy kérdés: miért két osztódási szakaszból áll az ivarsejtek képzése? A válasz maga is két részből áll. 1) A szülői genom diploid, és ezt az állapotot kell tovább örökíteni. Az embriót 50-50%-ban két sejt hozza létre, ezeknek tehát a szülőihez képest fele annyi kromoszómával kell rendelkezniük – ez a feltétel már az első osztódási szakasz végén is teljesül. Mire jó akkor a második szakasz? 2) A második szakasz jelentősége akkor érzékelhető, ha genetikai rekombináció is történik: ha 1 rekombinációs esemény 4 eltérő sejtet ad, akkor a kromoszómák együttesét (az egész genomot) érintő rekombinációk sokasága felmérhetetlen változatosságot hoz létre. Az ivaros szaporodás egyik előnye éppen új változatok létrehozása annak érdekében, hogy az utód hatékonyabban tudjon a régi, vagy képessé váljon az új környezeti kihívásoknak megfelelni.