الانقسام الخلوي: كيف يعمل؟

يحتوي جسم الإنسان على ما يقرب من تريليوني خلية تنقسم كل يوم من أيام حياتك. ينقسمون أو يصنعون المزيد من الخلايا باستمرار في جميع الكائنات الحية من خلال عدة عمليات مختلفة مثل الانقسام الاختزالي والانقسام. تنقسم الخلايا لتكوين المزيد من الخلايا مع نمو الطفل ، كما تنقسم لمساعدة الأعضاء أو الأنسجة على التعافي بشكل صحيح.

تنقسم الخلايا لعدة أسباب. عندما ينمو الطفل ، فإنه يحتاج إلى المزيد من الخلايا للنمو السليم ، ويتم ذلك من خلال انقسام الخلايا. يبدأ الأطفال كخلية واحدة أو بيضة. لا تكبر الخلايا مع نمو الأطفال ، ولكن بدلاً من ذلك يكون لديهم المزيد من الخلايا في أجسامهم.

تنقسم الخلايا أيضًا لمساعدتك على الشفاء. إذا تعرضت لإصابة ، مثل جلد ركبتك ، فسوف تنقسم خلاياك لاستبدال أي خلايا مفقودة أو قديمة أو تالفة في ركبتك وستشفى المنطقة المصابة بخلايا جديدة. لهذا السبب ، تنقسم خلايا الجلد باستمرار حيث تفقد الخلايا التي تموت بشكل يومي ، وتحتاج إلى خلايا جلد صحية جديدة لتحل محلها.

الانقسام والانقسام الاختزالي هما الفئتان الرئيسيتان لانقسام الخلايا. الانقسام الخيطي هو انقسام الخلايا الجسدية أو غير التناسلية بجميع أنواعها في الجسم. توجد هذه الأنواع من الخلايا في شعرك وجلدك وأعضائك وعضلاتك وأنسجة جسمك. الانقسام الاختزالي هو تقسيم الخلايا التناسلية في الجسم ويشمل بويضات الإناث أو خلايا الحيوانات المنوية الذكرية.

في انقسام الخلية ، تنقسم الخلية الأصل أو الخلية الأصلية إلى خليتين ابنتيتين متطابقتين. تتكرر هذه العملية مرارًا وتكرارًا ، فيما يسمى دورة الخلية. تنظم الخلايا في الواقع انقسامها باستخدام إشارات كيميائية للتواصل مع بعضها البعض. تسمى الإشارات cyclins وهي تعمل كمفتاح تشغيل لإخبار الخلايا بموعد الانقسام ثم تعمل كمفتاح إيقاف لإخبار الخلايا بالتوقف عن الانقسام. يجب أن تتوقف الخلايا عن الانقسام في الوقت المناسب من أجل النمو السليم والصحة ، على الرغم من أنه عندما تستمر الخلايا في الانقسام بعد توقفها ، فإنها تخلق خلايا سرطانية.

يفقد جسم الإنسان ما يقرب من 50 مليون خلية يوميًا في الجسم بالكامل. تتكاثر خلايا الجلد باستمرار بمعدل 30.000 إلى 40.000 خلية يوميًا كما تفعل خلايا الشعر بسبب الفقد اليومي لهذه الأنواع من الخلايا. مجرد الاستحمام وتنظيف شعرك بالفرشاة يسمح بإزالة خلايا الجلد القديمة لإفساح المجال لها خلايا صحية جديدة ، وبعض الشعر في الفرشاة كل يوم لإفساح المجال لمزيد من خلايا الشعر أو بصيلات. الأنواع الأخرى من الخلايا في أعضائك ، وأعصابك ، ودماغك تنقسم بشكل أقل كثيرًا ، لأن هذه الأنواع لا تموت بسرعة.

الانقسام الخيطي هو عملية تكاثر الخلايا الجسدية. الخلايا الجسدية هي جميع الخلايا التي ليست خلايا تناسلية مثل الشعر والجلد وجميع أنسجة الجسم وخلايا الأعضاء. أهم شيء يجب تذكره حول الانقسام الفتيلي هو أن الخليتين الوليدين اللذين تم إنشاؤهما في الانقسام سيكونان لهما نفس الحمض النووي والكروموسومات تمامًا مثل الخلية الأم. تسمى الخليتان البنتان اللتان تم إنشاؤهما أيضًا بالخلايا ثنائية الصبغيات حيث تحتوي على مجموعتين كاملتين من الكروموسومات. لا ينتج عن هذا التكرار الدقيق أي تنوع جيني في الخلايا المقسمة.

يتضمن انقسام خلايا الانقسام الخيطي عدة مراحل مختلفة قبل الوصول إلى الاكتمال. هذه العملية لحقيقيات النوى التي لها نواة أو نوى مرتبطة بغشاء في الكائنات الحية مثل الحيوانات والبشر والنباتات والفطريات. يبدأ في مرحلة الطور البيني حيث تقضي كل خلية معظم وقتها حيث تجمع الطاقة والمواد الغذائية اللازمة للخضوع للانقسام.

تحدث هذه المرحلة أيضًا عندما تقوم الخلية الأم بعمل نسخة من الحمض النووي الخاص بها والتي سيتم مشاركتها بالتساوي بين الخليتين اللتين تنفصلان إلى الخلايا الوليدة. قبل تصنيع الحمض النووي ، تزداد الخلية في الحجم والكتلة. بعد ذلك ، تصنع الخلية الحمض النووي في فترة زمنية صغيرة. تقوم الخلية التي ستنقسم بعد ذلك بتركيب البروتينات لمشاركتها مع كل من الخلايا الوليدة وتستمر أيضًا في الزيادة في الحجم. في الجزء الأخير من مرحلة الطور البيني ، لا تزال الخلية تحتوي على نوى تكون فيها النواة محاطة بغلاف ، وتتضاعف الكروموسومات على شكل كروماتين.

المرحلة الأولية هي التالية ، حيث يتكثف الكروماتين في الخلية إلى كروموسومات. تنبثق ألياف المغزل من الجسيمات المركزية. يبدأ غلاف النواة في الانهيار ، وتتحرك الكروموسومات إلى جوانب متقابلة من الخلية. ألياف الكروموتين عبارة عن كتلة من الحمض النووي والبروتينات التي تتكثف لتشكيل الكروموسومات مع كل كروموسوم يحتوي على اثنين من الكروموسومات وينضم إلى مركز أو مركز المنطقة.

يتم التعرف على مرحلة ما قبل الطور أو مرحلة الطور المتأخر من خلال استمرار الكروموسومات في التكثيف بينما تتكاثف الحركية (الألياف المتخصصة في مراكز الكروموسومات) تظهر في السنتروميرات وتلتصق ألياف المغزل الانقسامي بالجزء المركزي. kinetochores.

في مرحلة الطور ، تصطف الكروموسومات على لوحة الطور في وسط الخلية أثناء يتم توصيل كروماتيد كل خلية شقيقة بألياف مغزل في الأطراف أو أقطاب الخلية المعاكسة. يتم الاحتفاظ بالكروموسومات في مكانها بواسطة قوى الألياف القطبية التي تدفع على مراكز الكروموسومات. يؤدي هذا الإجراء إلى إبقاء الخليتين الابنتيتين منفصلتين عن بعضهما البعض.

في مرحلة الطور ، تنقسم السنتروميرات إلى قسمين ، وتصبح الكروماتيدات الشقيقة الآن كروموسومات حيث يتم سحبها إلى القطبين المنفصلين. تتسبب ألياف المغزل في استطالة الخليتين الجديدتين. في نهاية هذه المرحلة ، يكون لكل قطب مجموعة كاملة من الكروموسومات. يبدأ انقسام السيتوبلازم الأصلي للخلية ، والذي يسمى الحركية الخلوية ، ويستمر طوال هذه المرحلة.

مرحلة الطور النهائي هي التالية وهي عندما تصل الكروموسومات إلى طرفي نقيض للخلية وتبدأ في التكاثف حيث يتشكل غلاف نووي جديد حول كلتا الخلايا الشقيقة. ألياف المغزل حول كل خلية جديدة تدفعهم بعيدًا. تعود النوى أيضًا إلى الظهور وتتفكك ألياف الكروماتين في الكروموسومات في كل خلية ابنة. في هذه المرحلة ، يتم تقسيم المحتويات الجينية للخلية الأم بالتساوي إلى خليتين ابنتيتين جديدتين.

السيتوكينات هي المرحلة الأخيرة من الانقسام عندما تبدأ الخلايا الحيوانية بالانقسام بانقسام بين خليتين ابنتيتين. في الخلايا النباتية ، تفصل لوحة الخلية الخلايا الوليدة لتشكيل جدار خلوي على كل منها. تسمى الخلايا الوليدة أيضًا الخلايا ثنائية الصبغيات ، مما يعني أن كل واحدة تحتوي على نفس الكمية الكاملة والدقيقة من الكروموسومات مثل بعضها البعض والخلية الأم.

لا يوجد سوى مرحلتين من الانقسام الاختزالي للخلايا - الانقسام الاختزالي الأول والانقسام الاختزالي الثاني. ستحتوي كل خلية جديدة على حمض نووي فريد. يعطي هذا التنوع الكبير في علم الوراثة الذي يمكن رؤيته عندما يبدو طفلان لهما نفس الوالدين مختلفين تمامًا عن بعضهما البعض. يحدث الانقسام الاختزالي عندما ينفصل جزء صغير من كل كروموسومات في الخلية ويلتصق بصبغي آخر. وهذا ما يسمى إعادة التركيب الجيني أو العبور.

الانقسام الاختزالي الأول يقسم الكروموسومات إلى نصفين للعبور. يقسم الانقسام الاختزالي الثاني كمية الجينات إلى النصف في كل كروموسوم في كل خلية. النتيجة النهائية لانقسام الخلية هي أربع خلايا وليدة ، بدلاً من الاثنين في انقسام الانقسام. تحتوي كل خلية من هذه الخلايا الوليدة على نصف عدد الكروموسومات كالخلية الأصلية.

الخلايا بدائية النواة هي كائنات بكتيرية وحيدة الخلية بدون نواة. هم كائنات مجهرية تحتاج إلى الانقسام لتوجد. تسمى عملية الانقسام الانشطار الثنائي ، حيث تصبح الخلية الواحدة خليتين. الخطوة الأولى في الانشطار الثنائي هي عندما يتم نسخ الحمض النووي في الخلية ، وقطع صغيرة من الحمض النووي تسمى البلازميدات مكررة ، ثم تنتقل النسختان والأصل إلى طرفي نقيض من زنزانة. تنمو الخلية وتستطيل ، ثم تتشكل حلقة الحاجز في منتصف الخلية التي تقسمها إلى خليتين.

عملية التقسيم هذه هي نفس فكرة تقطيع الجبن الطري بخيط تنظيف الأسنان إلى النصف. يصعب تقطيع الجبن الطري بشكل نظيف باستخدام السكين بسبب قوامه الطري. إذا وضعت الجبن الطري على طبق ، يمكنك تقطيعه إلى نصفين بالتساوي باستخدام خيط تنظيف الأسنان لإنشاء قطعتين متطابقتين ومتساويتين في الحجم.

يستخدم الانقسام الخلوي اللاجنسي للتكاثر حيث يتم إنتاج خلايا جديدة عن طريق تقسيم الخلية الأم إلى خليتين ابنتيتين عن طريق الانشطار الثنائي. جميع الخلايا المقسمة لها نفس الهوية الجينية للخلية الأم. هذا يسمح للكائنات الحية بالتكاثر بسرعة كبيرة كما هو الحال في البكتيريا والطحالب والخميرة والهندباء والديدان المفلطحة. تسمى الخلايا الفردية الجديدة استنساخًا لأنها نسخ طبق الأصل من الخلايا الأصلية.

تتكاثر البكتيريا اللاجنسي وتضاعف أعدادها بسرعة كبيرة في حوالي 20 دقيقة. هذا هو السبب في أن انتشار البكتيريا يمكن أن يكون خطيرًا جدًا وينمو بسرعة كبيرة. تمتلك خلايا البكتيريا أيضًا معدل موت مرتفعًا لتعويض طريقة التكاثر السريع.

تتكاثر منتجات الخميرة لاجنسيًا من خلال عملية التبرعم ولكن يمكنها أيضًا التكاثر عن طريق الاتصال الجنسي. تتضمن عملية التبرعم انتفاخًا يتشكل على الحافة الخارجية للخلية ، ثم يحدث الانقسام النووي. تنتقل إحدى النوى إلى البرعم ، ثم تقطع الخلية الأم. التكاثر اللاجنسي عن طريق التبرعم هو أيضًا كيف تنقسم الديدان المفلطحة إلى قسمين منفصلين وتتجدد لتكوين دودتين كاملتين.

يمكن لبعض الحشرات مثل النمل والدبابير والنحل أن تتكاثر إما عن طريق الاتصال الجنسي أو اللاجنسي. عندما تنقسم الخلايا عن طريق الانقسام اللاجنسي في هذه الحشرات ، فإنها تستخدم عملية التوالد العذري التي تتكاثر فيها الحشرات الجديدة من البويضات غير المخصبة. في بعض الأنواع التي يمكن أن تتكاثر جنسيًا ولاجنسيًا ، ينتج البيض غير المخصب حشرات ذكور ، وينتج البويضات المخصبة حشرات إناث.

عندما تتكاثر النباتات لاجنسيًا ، يطلق عليها اسم التكاثر الخضري ، ويفضل المزارعون هذه الطريقة لأنها تنتج محاصيل مماثلة للنبات الأم. تُفضل هذه الطريقة أحيانًا لأن بعض البذور يصعب إنباتها.

على سبيل المثال ، تُزرع أعين البطاطس أو مناطق التجذير لإنتاج المزيد من نباتات البطاطس المماثلة لبطاطس البطاطس أو النبات الأم. تتكاثر نباتات الموز عن طريق فصل نباتات مصاصة الأطفال التي تنمو من قاعدة النبات الأم وزرع كل واحدة لنبتة جديدة كاملة. يمكن إعادة إنتاج شجيرات التوت عن طريق ثني بعض الفروع السفلية نحو الأرض وتغطيتها بالتربة. ستنمي الفروع نظام الجذر الخاص بها وتعيد إنتاج العديد من النباتات الجديدة التي يمكن فصلها وغرسها بشكل منفصل في النهاية لمحصول جديد.