اسم الصورة: الكروموسومات المتماثلة وشحمة الأذن

اسم الصورة: الكروموسومات المتماثلة وشحمة الأذن

7-1

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؛ فقد يختلفون في الطول ولون العيون والشعر، ووظائف أخرى. وينتج هذا التنوع في الخصائص عن اتحاد خليتين جنسيتين خلال التكاثر الجنسي.

الأهداف
تصف عدد الكروموسومات التي تحدث في أثناء الانقسام المنصف.
تميز وتلخص مراحل الانقسام المنصف.
تحدد أهمية الانقسام المنصف في التنوع الوراثي.

مراجعة المفردات
الكروموسوم: تركيب خلوي يحتوي على المادة الوراثية DNA.

المفردات الجديدة
الكروموسوم المماثل
المشيج
خلية أحادية المجموعة الكروموسومية
الإخصاب
خلية ثنائية المجموعة الكروموسومية
الانقسام المنصف
عملية العبور

Chromosomes and Chromosome Number
الكروموسومات والعدد الكروموسومي

لكل طالب في الصف خصائص انتقلت إليه من والديه. ولكل خاصية، مثل لون الشعر أو الطول أو لون العيون، صفة وراثية. وتوجد المعلومات الخاصة بكل صفة وراثية على الكروموسومات الموجودة داخل نوى الخلايا. يترتب DNA (المادة الوراثية) في قطع تسمى الجينات genes، تتحكم في إنتاج البروتينات. وتكون كل كروموسوم من مئات الجينات، ويؤدي كل جين دورًا مهمًا في تحديد خصائص الخلية ووظائفها.

Homologous chromosomes
الكروموسومات المتماثلة

يحوي 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، أي الكروموسومات المتماثلة homologous chromosomes. وكما في الشكل 7-1 فإن الكروموسومات المتماثلة في خلايا الجسم، لها نفس الطول وموقع السنترومير، وتحمل الجينات التي تتحكم في الصفات الوراثية نفسها. فمثلاً يقع الجين الذي يتحكم في نوع شحمة الأذن في الموقع نفسه على الكروموسومات المتماثلة.

الشكل 7-1 تحمل الكروموسومات المتماثلة جينات الصفات الوراثية المختلفة على الموقع نفسه. والجينات التي ترمز إلى نوع شحمة الأذن قد لا ترمز دائمًا إلى نفس الصفة الوراثية لشحمة الأذن.

زوج من الكروموسومات المتماثلة

اسم الصورة: دورة الحياة الجنسية وعدد الكروموسومات

الخلايا الأحادية والثنائية المجموعة الكروموسومية
Haploid and diploid cells

ينتج المخلوق الحي 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 عملية اتحاد الأمشاج أحادية المجموعة الكروموسومية لمشيج أحادي آخر الإخصاب fertilization. وينتج الإخصاب الخلية الأولى التي تحوي (2n) من الكروموسومات. و(n) كروموسومات من الأب أو الأم، و(n) كروموسومات من الذكر والأب. وتسمى الخلية التي تحوي 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.

Meiosis I
المرحلة الأولى من الانقسام المنصف

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 جنسيًّا. 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) يمكن أن تقسم إلى أحادية المجموعة الكروموسومية (1n) بعد انقسامها انقسامًا منصفًا، كما في الشكل 7-2، ويتضمن الانقسام المنصف مرحلتين متتاليتين من انقسام الخلية، هما: المرحلة الأولى والمرحلة الثانية.

الشكل 7-2 تتضمن دورة الحياة الجنسية في الإنسان الانقسام المنصف الذي ينتج الأمشاج. وعند اتحاد الأمشاج بواسطة الإخصاب يستعاد عدد الكروموسومات الأصلي.
توقع ماذا يحدث لعدد الكروموسومات في أثناء الانقسام المنصف؟

المطويات
ضمن مطويتك معلومات من هذا القسم.

ذكر 2n
أنثى 2n
نمو أنثى ذكر أو أنثى مكتمل النمو
لاقحة 2n
إخصاب
حيوان ذكري 1n
مشيج أنثوي 1n
انقسام منصف
انقسام منصف

اسم الصورة: التصالب وعملية العبور بين الكروموسومات المتماثلة

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 المتضاعفة واضحة. وكما في الانقسام المتساوي، تحوي الكروموسومات المتضاعفة كروماتيدات شقيقة. عندما تتكاثف الكروموسومات المتماثلة تبدأ في تكوين الأزواج بعملية تسمى التصالب أو التشابك، حيث يرتبط كل كروموسومين متماثلين على امتداد طولهما، الشكل 7-3. وتحدث تبادل من الكروموسومات المنفصلين والأجزاء كل منهما. وتسمى عملية تبادل الأجزاء بين زوج من الكروموسومات المتماثلة العبور crossing over، لاحظ الشكل 7-4.

تنتقل المريكزات في أثناء الطور التمهيدي الأول إلى الأقطاب المتقابلة من الخلية، وتكون الخيوط المغزلية، وترتبط مع الكروماتيدات الشقيقة عند القطعة المركزية (السنترومير).

الشكل 7-3 ترتبط الكروموسومات المتماثلة معًا في أثناء عملية التصالب في الطور التمهيدي الأول.

سنترومير
كروماتيدات شقيقة
زوج من الكروموسومات المتماثلة

الشكل 7-4 ينتج عن عملية العبور أجزاء متبادلة من الجينات.
حدد أي الكروماتيدات يحدث فيها تبادل المادة الوراثية؟

الطور الاستوائي الأول Metaphase I تصطف في المرحلة التالية من الانقسام المنصف أزواج الكروموسومات المتماثلة عند خط استواء الخلية، الشكل 7-5، 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 طول 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 7-5.

ويتم سحب كل زوج كروموسومي بواسطة الخيوط المغزلية في اتجاه أقطاب الخلية. لذا يصبح عدد المجموعة الكروموسومية (1n) بدلاً 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 يبقى كل واحد من الكروموسومات المتماثلة مكونًا من كروماتيدين شقيقين.

الطور النهائي الأول Telophase I تصل الكروموسومات المتماثلة - كل منها مكون من كروماتيدين شقيقين - إلى أقطاب الخلية المتقابلة. ويصبح كل قطب من هذه الأقطاب محتوياً على نصف عدد الكروموسومات المتماثلة الأصلية، لاحظ الشكل 7-5، حيث يبقى كل كروموسوم مكونًا من كروماتيدين شقيقين مرتبطين معًا بواسطة السنترومير (القطعة المركزية)، وقد لا تكون الكروماتيدات الشقيقة متطابقة 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 تتخصر الخلايا الحيوانية، وتكون صفيحة خلوية في الخلايا النباتية. وبعد انقسام السيتوبلازم قد تمر الخلايا بالطور البيني مرة أخرى قبل حدوث مجموعة الانقسامات الثانية (المرحلة الثانية)، ومع ذلك لا يتضاعف الـ 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.

Meiosis II
المرحلة الثانية من الانقسام المنصف

لا ينتهي الانقسام المنصف بنهاية المرحلة الأولى منه. ففي أثناء الطور التمهيدي الثاني تحدث مجموعة من الأطوار الأخرى تبدأ بتكوين الجهاز المغزلي، وتتكاثف الكروموسومات. وفي الطور الاستوائي الثاني تترتب الكروموسومات عند خط استواء الخلية بواسطة الخيوط المغزلية، كما في الشكل 7-5. تصطف الكروموسومات الثانية المجموعة الكروموسومية عند خط استواء الخلية. في أثناء الطور الانفصالي من الانقسام المتساوي، أما في الطور الاستوائي الثاني من الانقسام المنصف فترتب الكروموسومات الأحادية المجموعة الكروموسومية عند خط استواء الخلية. يتم سحب الكروماتيدات الشقيقة خلال الطور الانفصالي الثاني بعيدًا إلى الأقطاب المتقابلة للخلية بواسطة الخيوط الدقيقة. تصل الكروموسومات إلى أقطاب الخلايا في الطور النهائي الثاني. تظهر 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 7-5.

ماذا قرأت؟ استنتج ما أهمية مراحل الانقسام المنصف في تكوين الأمشاج؟

المفردات
مفردات أكاديمية

خط الاستواء Equator
هو خط يقسم جسمًا إلى جزأين متساويين ومتماثلين.
تصطف الكروموسومات على خط استواء الخلية.

مهن مرتبطة مع علم الأحياء

طبيب وراثة
Medical Geneticist
يبحث في آلية توراث الأمراض، ويشخص الحالات الوراثية ويعالج الأمراض الوراثية.

تجربة استهلالية
مراجعة بناء على ما قرأته عن الانقسام المنصف، كيف تجيب الآن عن أسئلة التحليل؟

اسم الصورة: أطوار الانقسام المنصف الأول والانقسام المنصف الثاني

Meiosis
الانقسام المنصف

الشكل 7-5 تتبع أطوار الانقسام المنصف I والانقسام المنصف II مبتدئًا بالطور البيني.

مرحلة الانقسام المنصف I

1 الطور البيني I
تضاعف الكروموسومات.
النواة تتكون.

2 الطور التمهيدي I
تحدث عملية العبور.
كل كروموسوم يتكون من كروماتيدين شقيقين.
ترتبط معًا الكروموسومات المتماثلة.
تتكون الخيوط المغزلية.

3 الطور الاستوائي I
تصطف الكروموسومات المتماثلة على طول خط استواء الخلية.
ترتبط الخيوط المغزلية بالسنترومير.

4 الطور الانفصالي I
تنفصل الكروموسومات المتماثلة، وتتحرك إلى أقطاب الخلية المتقابلة.

5 الطور النهائي I
تصل الكروموسومات إلى أقطاب الخلية.
يظهر الغلاف النووي.

مرحلة الانقسام المنصف II

6 الطور التمهيدي II
تتكاثف الكروموسومات.
تتكون الخيوط المغزلية.

7 الطور الاستوائي II
تصطف الكروموسومات على طول خط استواء الخلية.

8 الطور الانفصالي II
تنفصل الكروماتيدات الشقيقة.
تتحرك الكروماتيدات الشقيقة وتتحول إلى كروموسومات فردية جديدة.

9 الطور النهائي II
تصل الكروموسومات إلى الأقطاب.
يتكون الغلاف النووي.
تنقسم الخلايا.

10 النواتج
أربع خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية.
كروموسومات غير متماثلة.

الصفحة 187

اسم الصورة: الترتيب المستقل للكروموسومات أثناء الانقسام المنصف

The Importance of Meiosis
أهمية الانقسام المنصف

يبين الجدول 7-1 مقارنة بين الانقسام المتساوي والمنصف. تذكر أن الانقسام المتساوي يحدث في مرحلة انقسام واحدة ينتج عنها خليتان جديدتان متطابقتان ثنائيتا المجموعة الكروموسومية، في حين يحدث الانقسام المنصف في مرحلتين من الانقسام المتساوي، وينتج عنه أربع خلايا جديدة غير متطابقة أحادية المجموعة الكروموسومية. والانقسام المنصف مهم لأنه يؤدي إلى التنوع الوراثي.

Meiosis and genetic variation
الانقسام المنصف والتنوع الوراثي

تترتب الكروموسومات المتماثلة على خط استواء الخلية في أثناء الطور الاستوائي I. ولما كان ترتيب الكروموسومات عشوائيًّا، نتجت أمشاج ذات مجموعات مختلفة من الكروموسومات. وبناء على طريقة ترتيب الكروموسومات على خط الاستواء ينتج أربعة جاميتات ذات أربع مجموعات كروموسومية مختلفة.

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 7-6.

الشكل 7-6 الترتيب الذي تصطف به أزواج الكروموسومات المتماثلة يوضح كيف ينتج التنوع الوراثي في الخلايا الجنسية.

مقارنة بين التكاثر الجنسي واللاجنسي

تتكاثر بعض المخلوقات الحية لاجنسيًّا، في حين يتكاثر بعضها الآخر بالتكاثر الجنسي. وقد يحدث في بعض المخلوقات الحية كلا النوعين من التكاثر الجنسي واللاجنسي. فيعرف المخلوق الحي في أثناء التكاثر اللاجنسي جميع الكروموسومات من خلية واحدة، فينتج أفرادًا جديدة مطابقة للخلية الأم. وتتكاثر البكتيريا لاجنسيًّا في حين تتكاثر معظم الطلائعيات جنسيًّا ولاجنسيًّا اعتمادًا على الظروف البيئية. كما تتكاثر معظم النباتات والعديد من الحيوانات البسيطة بكلا النوعين من التكاثر، مقارنة بالحيوانات الأكثر تعقيدًا، والتي تتكاثر جنسيًّا فقط. إذا تكاثرت بعض الأنواع تكاثرًا جنسيًّا فقط، وهي يمكن بعضها الآخر تكاثرًا لاجنسيًّا؟ أنواع التطورات الحديثة على ذبابة الفاكهة أن معدل تراكم الطفرات المفيدة تكون أسرع عندما تتكاثر الأنواع تكاثرًا جنسيًّا، مقارنة بالأنواع التي تتكاثر لاجنسيًّا. إذا تضاعفت الجينات المفيدة على نحو أوسع عند حدوث التكاثر الجنسي مقارنة بالتكاثر اللاجنسي.

اسم الصورة: جدول المقارنة بين الانقسام المنصف والانقسام المتساوي

الجدول 7-1

الانقسام المنصف والانقسام المتساوي

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

الانقسام المتساوي

الخلية الأم
قبل تضاعف الكروموسوم
2n = 4
بعد تضاعف الكروموسوم

الطور التمهيدي
كروموسومات متضاعفة
كروماتيدان متطابقان

الطور الاستوائي
تصطف الكروموسومات على خط استواء الخلية

الطور الانفصالي
انفصال الكروماتيدات

الطور النهائي
خلايا جديدة ناتجة عن الانقسام المتساوي
2n
2n

الانقسام المنصف

الخلية الأم
قبل تضاعف الكروموسوم
2n = 4
بعد تضاعف الكروموسوم

الانقسام المنصف I

الطور التمهيدي I
تصالب وعبور جيني بين الكروموسومات المتماثلة

الطور الاستوائي I
تصطف أزواج الكروموسومات المتماثلة على خط استواء الخلية

الطور الانفصالي I
الطور النهائي I
خلية جديدة ثنائية المجموعة الكروموسومية

الانقسام المنصف II

الخلايا الجديدة الناتجة عن المرحلة الثانية من الانقسام المنصف
n
n
n
n

لا يحدث تضاعف للكروموسومات قبل الانقسام المنصف II

اسم الصورة: مختبر تحليل البيانات تأثير البروتينات المحركة في الانقسام المنصف

مختبر تحليل البيانات 7-1

بناء على بيانات حقيقية

استخلص النتائج

كيف تؤثر البروتينات المحركة في انقسام الخلية؟ يعتقد العديد من العلماء أن البروتينات الحركية تؤدي دورًا مهمًّا في حركة الكروموسومات في كل من الانقسام المتساوي والمنصف. ولاختبار هذه الفرضية قارن الباحثون خلايا خميرة لا تصنع البروتين المحرك Kar3p مع خلايا خميرة لا تصنع البروتين المحرك Cik1p، الذي كوظيفة البروتين Kar3p. وبين الرسم البياني المجاور نتائج تجربتهم.

البيانات والملاحظات

تراكم خلايا الخميرة في الطور التمهيدي الانقسام
تكرار الخلايا أحادية المجموعة الكروموسومية
زمن الانقسام المنصف (ساعة)

التفكير الناقد

• قوم. هل يعد وجود Cik1p مهمًّا لعملية الانقسام المنصف في الخميرة؟ فسر إجابتك.
• قوم. هل يعد وجود Kar3p مهمًّا لعملية الانقسام المنصف في الخميرة؟ فسر إجابتك.
• استنتج. هل تؤدي جميع البروتينات الحركية دورًا مهمًّا في الانقسام المنصف؟ فسر إجابتك.

أخذت البيانات في هذا المختبر من:

اسم الصورة: التقويم 7-1

التقويم 7-1

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؟
• فكر. كيف يختلف الطور الاستوائي I في الانقسام المنصف عن الطور الاستوائي في الانقسام المتساوي؟
• صف. كيف تحدث عملية التصالب؟
• ارسم خلية تحوي أربعة كروموسومات وتمر بانقسام منصف.
• قوم. كيف يسهم الانقسام المنصف في التنوع الوراثي في حين لا يسهم فيه الانقسام المتساوي؟

التفكير الناقد

• قارن بين الانقسام المتساوي والمنصف مستعينًا بالشكل 7-5 والجدول 7-1، مستخدمًا شكل فن.

• الكتابة في علم الأحياء اكتب مقالاً يشترك فيه زملاؤك في الصف لتفسير العمليات المختلفة التي تحدث في أثناء الانقسام المنصف.