الانقسام المنصف

8-1 الانقسام المنصف

Meiosis

الفكرة الرئيسة

ينتج عن الانقسام المنصف أمشاج أحادية المجموعة الكروموسومية.

الربط مع الحياة

انظر حولك في حصة الأحياء، تلاحظ عدم تشابه زملائك في الصف؛ فقط يختلفون في الطول ولون العيون، وملمس الشعر أو لونه. وينتج هذا التنوع في الخصائص عن اتحاد خليتين جنسيتين خلال التكاثر الجنسي.

الأهداف

• تميز بين تغير عدد الكروموسومات الذي يحدث في أثناء الانقسام المنصف.
• تلخص مراحل الانقسام المنصف.
• تحلل أهمية الانقسام المنصف في التنوع الوراثي.

مراجعة المفردات

الكروموسوم: تركيب خلوي يحتوي على المادة الوراثية DNA.

المفردات الجديدة

الجين
الكروموسوم المتماثل
المشيج
خلية أحادية المجموعة الكروموسومية
الإخصاب
خلية ثنائية المجموعة الكروموسومية
الانقسام المنصف
عملية العبور

---

الكروموسومات والعدد الكروموسومي

Chromosomes and Chromosome Number

لكل طالب في الصف خصائص انتقلت إليه من والديه. ولكل خاصية، مثل لون الشعر أو الطول أو لون العيون، صفة وراثية. وتوجد التعليمات الخاصة بكل صفة وراثية على الكروموسومات الموجودة داخل نوى الخلايا.

يترتب DNA، المادة الوراثية، في قطع تسمى الجينات genes، تتحكم في إنتاج البروتينات. ويتكون كل كروموسوم من مئات الجينات، ويؤدي كل جين دورًا مهمًا في تحديد خصائص الكائن ووظائفه.

الكروموسومات المتماثلة

Homologous chromosomes

تحوي خلايا جسم الإنسان 46 كروموسومًا؛ ويسهم كل من الوالدين بـ 23 كروموسومًا، فتكون النتيجة 23 زوجًا من الكروموسومات.

وتسمى الكروموسومات التي تشكل زوجًا كل منها من الآخر الكروموسومات المتماثلة homologous chromosomes.

وكما في الشكل 8-1، فإن الكروموسومات المتماثلة في خلايا الجسم لها نفس الطول وموقع السنترومير، وتحمل الجينات التي تتحكم في الصفات الوراثية نفسها.

فمثلًا يقع الجين الذي يتحكم في نوع شحمة الأذن في الموقع نفسه على الكروموسومات المتماثلة.

الصورة المرتبطة

p01_الكروموسومات_المتماثلة_وشحمة_الأذن.png

الشكل 8-1

تحمل الكروموسومات المتماثلة الجينات التي ترمز للصفات على الموقع نفسه. والجينات التي ترمز إلى نوع شحمة الأذن قد لا ترمز دائمًا إلى نفس الصفة الوراثية لشحمة الأذن.

---

الصفحة 201

الخلايا الأحادية والثنائية المجموعة الكروموسومية

Haploid and diploid cells

تنتج المخلوقات الحية الأمشاج gametes بهدف الحفاظ على ثبات عدد الكروموسومات من جيل إلى آخر.

والأمشاج خلايا جنسية تحمل نصف العدد من الكروموسومات. ويختلف عدد الكروموسومات من نوع إلى آخر؛ ففي الإنسان يحمل كل مشيج 23 كروموسومًا.

ويمثل الرمز n عدد الكروموسومات في المشيج. وتسمى الخلية التي تحمل العدد n من الكروموسومات خلية أحادية المجموعة الكروموسومية haploid cell.

وتسمى العملية التي يتحد فيها مشيج أحادي المجموعة الكروموسومية مع مشيج أحادي آخر الإخصاب fertilization.

وينتج عن الإخصاب خلية تحتوي الأزواج المتقابلة من الكروموسومات 2n، وتسمى الخلية التي تحتوي العدد 2n من الكروموسومات خلية ثنائية المجموعة الكروموسومية diploid cell.

لاحظ أن العدد n أيضًا نصف عدد أزواج الكروموسومات في المخلوق الحي. فعند اتحاد مشيجين في الإنسان ينتج 23 زوجًا من الكروموسومات المتماثلة.

الصورة المرتبطة

p02_دورة_حياة_الخلية_الجنسية_والإخصاب.png

الشكل 8-2

تتضمن دورة الحياة الجنسية في الإنسان الانقسام المنصف الذي ينتج الأمشاج، وعملية الإخصاب التي تعيد عدد الكروموسومات الأصلي.

سؤال الشكل

ماذا يحدث لعدد الكروموسومات في أثناء الانقسام المنصف؟

---

المرحلة الأولى من الانقسام المنصف

Meiosis I

تتكون الأمشاج في أثناء عملية الانقسام المنصف meiosis، وهو نوع من أنواع الانقسام الخلوي الذي يختزل عدد الكروموسومات، ويحدث في التراكيب الجنسية للمخلوقات الحية التي تتكاثر جنسيًا.

وفي حين يحافظ الانقسام المتساوي على بقاء عدد الكروموسومات ثابتًا، يختزل الانقسام المنصف عدد الكروموسومات إلى النصف بانفصال الكروموسومات المتماثلة.

فالخلية الثنائية المجموعة الكروموسومية 2n تتكون منها في نهاية المرحلة الأولى خلية أحادية المجموعة الكروموسومية 1n، ثم تتبعها انقسامات منصفة أخرى كما في الشكل 8-2.

ويتضمن الانقسام المنصف مرحلتين متتاليتين من انقسام الخلية، هما: المرحلة الأولى والمرحلة الثانية.

المطويات

ضمن مطويتك معلومات من هذا القسم.

---

الصفحة 202

الطور البيني

Interphase

تمر الخلايا في أثناء الانقسام المنصف بالطور البيني بوصفه جزءًا من دورة الخلية. وتقوم الخلايا في الطور البيني بعدد من عمليات الأيض المتنوعة، ومنها تضاعف DNA، وبناء البروتينات.

---

الطور التمهيدي الأول

Prophase I

بعد دخول الخلية الطور التمهيدي الأول تصبح الكروموسومات المضاعفة واضحة، وخاصة عند مشاهدتها بالمجهر الضوئي.

تحتوي الكروموسومات المتضاعفة كروماتيدات شقيقة. وعندما تتكاثف الكروموسومات المتماثلة تبدأ في تكوين أزواج بعملية تسمى التصالب أو التشابك، حيث يرتبط كل كروموسومين متماثلين على امتداد طولهما، الشكل 8-3.

فتحدث تبادل بين الكروموسومات المتماثلة في الأجزاء من كل منها. وتسمى عملية تبادل الأجزاء بين زوج من الكروموسومات المتماثلة عملية العبور crossing over، لاحظ الشكل 8-4.

وتنتقل المريكزات في أثناء الطور التمهيدي الأول إلى الأقطاب المتقابلة من الخلية، وتتكون الخيوط المغزلية، وترتبط مع الكروماتيدات الشقيقة عند القطعة المركزية، السنترومير.

الصورة المرتبطة

p03_التصالب_بين_الكروموسومات_المتماثلة.png

الشكل 8-3

ترتبط الكروموسومات المتماثلة معًا في أثناء عملية التصالب في الطور التمهيدي الأول.

الصورة المرتبطة

p03_عملية_العبور_وتبادل_الأجزاء.png

الشكل 8-4

ينتج عن عملية العبور الجيني مجموعة من الجينات المختلطة؛ حيث يحدث فيها تبادل المادة الوراثية.

حدد

أي الكروماتيدات يحدث فيها تبادل الجينات؟

---

الطور الاستوائي الأول

Metaphase I

تصطف في المرحلة التالية من الانقسام المنصف أزواج الكروموسومات المتماثلة عند خط استواء الخلية، الشكل 8-5.

ثم ترتبط الخيوط المغزلية مع سنترومير كل كروموسوم من الكروموسومات المتماثلة.

تذكر أنه في أثناء الطور الاستوائي من الانقسام المتساوي تصطف الكروموسومات المفردة التي تحتوي على كروماتيدات شقيقة على طول خط استواء الخلية، في حين تصطف الكروموسومات المتماثلة في الانقسام المنصف في صورة أزواج على خط استواء الخلية، وهذا واحد من الفروق المهمة بين الانقسام المنصف والانقسام المتساوي.

---

الطور الانفصالي الأول

Anaphase I

تنفصل الكروموسومات المتماثلة في أثناء الطور الانفصالي الأول، انظر الشكل 8-5.

---

الصفحة 203

ويتم سحب كل زوج كروموسومي بواسطة الخيوط المغزلية في اتجاه أقطاب الخلية. لذا يصبح عدد المجموعة الكروموسومية 1n بدلًا من 2n عند انفصال الكروموسومات المتماثلة.

تذكر أنه في الانقسام المتساوي تنفصل الكروماتيدات الشقيقة في أثناء الطور الانفصالي، أما في أثناء الطور الانفصالي الأول من الانقسام المنصف فيبقى كل واحد من الكروموسومات المتماثلة مكونًا من كروماتيدين شقيقين.

---

الطور النهائي الأول

Telophase I

تصل الكروموسومات المتماثلة، وكل منها مكون من كروماتيدين شقيقين، إلى أقطاب الخلية المتقابلة.

ويصبح كل قطب من هذه الأقطاب يحتوي على نصف عدد الكروموسومات الموجودة في الخلية الأصلية.

لاحظ الشكل 8-5؛ حيث يبقى كل كروموسوم مكونًا من كروماتيدين شقيقين مرتبطين معًا بواسطة السنترومير، وقد لا تكون الكروماتيدات الشقيقة مطابقة بسبب عملية العبور الجيني التي قد تحدث في أثناء عملية التصالب في الطور التمهيدي الأول.

في أثناء الطور النهائي الأول تحدث عملية انقسام السيتوبلازم؛ حيث تخصر الخلايا الحيوانية، وتتكون صفيحة خلوية في الخلايا النباتية.

وبعد انقسام السيتوبلازم تمر الخلايا بالطور البيني مرة أخرى قبل حدوث مجموعة الانقسامات الثانية، المرحلة الثانية. ومع ذلك لا يتضاعف DNA مرة أخرى في أثناء الطور البيني.

وفي بعض الأنواع تصبح الكروموسومات بعيدة بعضها عن بعض، ويظهر الغلاف النووي وتتكون النواة مرة أخرى في أثناء الانقسام النهائي الأول.

---

مهن مرتبطة مع علم الأحياء

اختصاصي الجينات الطبية

Medical Geneticist

يبحث في آلية توارث الأمراض، وتشخيص الحالات الوراثية، وعلاج الأمراض الوراثية.

الصورة المرتبطة

p04_مهنة_اختصاصي_الجينات_الطبية.png

---

المرحلة الثانية من الانقسام المنصف

Meiosis II

لا ينتهي الانقسام المنصف بنهاية المرحلة الأولى منه. ففي أثناء الطور التمهيدي الثاني تحدث مجموعة الأطوار الأخرى.

يبدأ تكوين الجهاز المغزلي، وتتكاثف الكروموسومات، وفي الطور الاستوائي الثاني تترتب الكروموسومات عند خط استواء الخلية بواسطة الخيوط المغزلية، كما في الشكل 8-5.

تصطف الكروموسومات ثنائية المجموعة الكروموسومية عند خط استواء الخلية في أثناء الطور الاستوائي من الانقسام المتساوي، أما في الطور الاستوائي الثاني من الانقسام المنصف فتترتب الكروموسومات أحادية المجموعة الكروموسومية عند خط استواء الخلية.

يتم سحب الكروماتيدات الشقيقة خلال الطور الانفصالي الثاني بعيدًا إلى الأقطاب المتقابلة للخلية بواسطة الخيوط المغزلية.

تصل الكروموسومات إلى الأقطاب خلال الطور النهائي الثاني، وتظهر النواة والغلاف النووي مرة أخرى.

وفي نهاية المرحلة الثانية من الانقسام المنصف ينقسم السيتوبلازم، وينتج عنه أربع خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية، كل خلية تحمل العدد n من الكروموسومات، انظر الشكل 8-5.

ماذا قرأت؟

استنتج ما أهمية مراحل الانقسام المنصف في تكوين الأمشاج؟

الصورة المرتبطة

p04_تجربة_استهلالية_الانقسام_المنصف.png

---

الصفحة 204

الانقسام المنصف

Meiosis

الصورة المرتبطة

p05_مراحل_الانقسام_المنصف.png

الشكل 8-5

توضح أطوار الانقسام المنصف، ويبدأ الانقسام المنصف بالطور البيني.

مراحل الشكل

1. الطور البيني I

• تتضاعف الكروموسومات.
• تبدأ الخلية الانقسام المنصف بعد الطور البيني.

2. الطور التمهيدي I

• يحدث التصالب بين زوجي كروموسومات متماثلين.
• تتكون الخيوط المغزلية.

3. الطور الاستوائي I

• تترتب أزواج الكروموسومات المتماثلة عند خط استواء الخلية.

4. الطور الانفصالي I

• تنفصل أزواج الكروموسومات المتماثلة إلى أقطاب الخلية المتقابلة.

5. الطور النهائي I

• تبتعد الكروموسومات بعضها عن بعض.
• تتكون النوى.

6. الطور التمهيدي II

• تختفي النواة.
• تتكون الخيوط المغزلية.

7. الطور الاستوائي II

• تصطف الكروموسومات على خط استواء الخلية.

8. الطور الانفصالي II

• تنفصل الكروماتيدات الشقيقة.
• تتحرك الكروموسومات إلى أقطاب الخلية.

9. الطور النهائي II

• تتكون النوى.
• تصبح الكروموسومات أقل تكثفًا.

10. النواتج

• تنتج أربع خلايا.
• تحتوي كل خلية على مجموعة كروموسومية أحادية.
• الخلايا الناتجة غير متطابقة وراثيًا.

---

الصفحة 205

أهمية الانقسام المنصف

The Importance of Meiosis

يبين الجدول 8-1 مقارنة بين الانقسام المتساوي والانقسام المنصف.

تذكر أن الانقسام المتساوي يحدث في مرحلة انقسام واحدة ينتج عنها خليتان جديدتان متطابقتان ثنائيتي المجموعة الكروموسومية، في حين يحدث الانقسام المنصف في مرحلتين من الانقسامات، وينتج عنه أربع خلايا جديدة غير متطابقة أحادية المجموعة الكروموسومية.

والانقسام المنصف مهم؛ لأنه يؤدي إلى التنوع الوراثي.

---

الانقسام المنصف والتنوع الوراثي

Meiosis and genetic variation

تترتب الكروموسومات المتماثلة على خط استواء الخلية في أثناء الطور الاستوائي I.

وكلما كان ترتيب الكروموسومات عشوائيًا نتجت أمشاج ذات مجموعات مختلفة من الكروموسومات.

وبناءً على طريقة ترتيب الكروموسومات على خط الاستواء ينتج أربعة جاميتات ذات أربع مجموعات كروموسومية.

لاحظ أن الاحتمال الأول يبين أن الكروموسومات توجد على الجانب نفسه من خط الاستواء، ثم تنتقل إلى الأقطاب معًا.

إذ تصطف أنواع مختلفة من الكروموسومات على الجانب نفسه من خط الاستواء لإنتاج الأمشاج في الاحتمال الثاني.

وينتج التنوع الوراثي كذلك في أثناء العبور الجيني، وفي أثناء عملية الإخصاب، عندما تتحد الأمشاج معًا بصورة عشوائية، الشكل 8-6.

الصورة المرتبطة

p06_التوزيع_العشوائي_للكروموسومات.png

الشكل 8-6

أثناء الترتيب الذي تصطف به أزواج الكروموسومات المتماثلة يوضح كيف ينتج التنوع الوراثي في الخلايا الجنسية.

---

مقارنة بين التكاثر الجنسي واللاجنسي

تتكاثر بعض المخلوقات الحية لا جنسيًا، في حين يتكاثر بعضها الآخر بالتكاثر الجنسي. وقد يحدث في بعض المخلوقات الحية كلا النوعين من التكاثر الجنسي واللاجنسي.

ففي التكاثر اللاجنسي، ينتج فرد جديد مطابق للخلايا الأم.

وتتكاثر البكتيريا لا جنسيًا، في حين تتكاثر معظم الطلائعيات جنسيًا ولا جنسيًا اعتمادًا على الظروف البيئية.

كما تتكاثر معظم النباتات والعديد من الحيوانات البسيطة بكلا النوعين من التكاثر، مقارنة بالحيوانات الأكثر تعقيدًا والتي تتكاثر جنسيًا فقط.

لماذا اختارت بعض الأنواع تكاثرًا جنسيًا في حين يمكنها ممارسة التكاثر اللاجنسي؟

قد يكون تكاثر بعض الأنواع ذات التكاثر الجنسي أبطأ أو أكثر تعقيدًا من التكاثر اللاجنسي، إلا أن التكاثر الجنسي ينتج تنوعًا أكبر بين الأبناء.

كما أن الطفرات المفيدة يمكن أن تتراكم بسرعة أكبر عندما تتكاثر الأنواع تكاثرًا جنسيًا مقارنة بالأنواع التي تتكاثر لا جنسيًا.

---

الصفحة 206

الجدول 8-1

الانقسام المنصف والانقسام المتساوي

الصورة المرتبطة

p07_جدول_مقارنة_الانقسام_المنصف_والمتساوي.png

| وجه المقارنة | الانقسام المنصف | الانقسام المتساوي |
| ------------------- | ------------------------------------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------- |
| عدد المراحل | تحدث مرحلتان في أثناء الانقسام المنصف: المرحلة الأولى والثانية. | تحدث مرحلة واحدة في أثناء الانقسام المتساوي. |
| تضاعف DNA | يتضاعف DNA مرة واحدة قبل المرحلة الأولى من الانقسام المنصف. | يحدث تضاعف DNA في أثناء الطور البيني. |
| التصالب | تحدث عملية التصالب بين الكروموسومات المتماثلة في أثناء الطور التمهيدي I. | لا يحدث تشابك أو تصالب بين الكروموسومات المتماثلة. |
| عدد الخلايا الناتجة | ينتج عن الانقسام أربع خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية 1n في كل دورة خلية. | ينتج عن الانقسام خليتان متطابقتان في كل دورة خلية. |
| التشابه الوراثي | الخلايا الجديدة غير متطابقة وراثيًا بسبب عملية العبور الجيني. | الخلايا الجديدة متطابقة وراثيًا. |
| مكان الحدوث | يحدث الانقسام المنصف في الخلايا الجنسية. | يحدث الانقسام المتساوي في الخلايا الجسمية فقط. |
| الأهمية | يدخل الانقسام المنصف في إنتاج الأمشاج وتوفير التنوع الوراثي في المخلوقات الحية. | يدخل الانقسام المتساوي في النمو وتعويض الخلايا التالفة. |

---

الصفحة 207

مختبر تحليل البيانات 8-1

بناء على بيانات حقيقية

استخلص النتائج

كيف تؤثر البروتينات الحركية في انقسام الخلية؟

يعتقد العديد من العلماء أن البروتينات الحركية تؤدي دورًا مهمًا في حركة الكروموسومات في كل من الانقسام المتساوي والمنصف.

ولاختبار هذه الفرضية قام الباحثون بإنتاج طفرة لا تنتج البروتين الحركي Clk1p. كما أجروا طفرة لا تصنع البروتين الحركي Kar3p الذي يحدد وظيفة البروتين Kar3p. ويبين الرسم البياني المجاور نتائج تجربتهم.

الصورة المرتبطة

p08_مختبر_تحليل_البيانات_بروتينات_الحركة.png

التفكير الناقد

• قوّم: هل يعد وجود Clk1p مهمًا لعملية الانقسام المنصف في الخميرة؟ فسر إجابتك.
• قوّم: هل يعد وجود Kar3p مهمًا لعملية الانقسام المنصف في الخميرة؟ فسر إجابتك.
• استنتج: هل تؤدي جميع البروتينات الحركية دورًا مهمًا في الانقسام المنصف؟ فسر إجابتك.

أخذت البيانات في هذا المختبر من:

Shanks, et al. 2001. The Kar3-Interacting protein Cik1p plays a critical role in passage through meiosis I in Saccharomyces cerevisiae. Genetics 158: 939-951.

---

التقويم 8-1

الصورة المرتبطة

p08_تقويم_الانقسام_المنصف.png

الخلاصة

• يحدث تضاعف DNA مرة واحدة فقط في أثناء الانقسام المنصف الذي ينتج عنه أربعة أمشاج أحادية المجموعة الكروموسومية.
• يضم الانقسام المنصف مرحلتين من الانقسامات.
• ينتج عن الانقسام المنصف تنوع وراثي في الأمشاج.

فهم الأفكار الرئيسة

• الفكرة الرئيسة: حلل كيف ينتج الانقسام المنصف الأمشاج الأحادية المجموعة الكروموسومية؟
• كيف يختلف الطور الاستوائي I في الانقسام المنصف عن الطور الاستوائي في الانقسام المتساوي؟
• حدد كيف تحدث عملية التصالب؟
• ارسم مخططًا لدورة كروموسومات تمر بانقسام منصف.
• قوّم: كيف يسهم الانقسام المنصف في التنوع الوراثي في حين لا يسهم فيه الانقسام المتساوي؟

التفكير الناقد

• قارن بين الانقسام المتساوي والمنصف مستعينًا بالشكل 8-5 والجدول 8-1 مستخدمًا شكل فن.
• الكتابة في علم الأحياء: اكتب مقالًا يشترك فيه زملاؤك في الصف لتفسير العمليات المختلفة التي تحدث في أثناء الانقسام المنصف.