การแบ่งเซลล์: มันทำงานอย่างไร?

ร่างกายมนุษย์มีเซลล์เกือบสองล้านล้านเซลล์ที่แบ่งตัวทุกวันในชีวิตของคุณ พวกมันแบ่งหรือสร้างเซลล์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น ไมโอซิสและไมโทซิส เซลล์แบ่งตัวเพื่อสร้างเซลล์มากขึ้นเมื่อทารกโตขึ้น และยังแบ่งเซลล์เพื่อช่วยให้อวัยวะหรือเนื้อเยื่อรักษาได้อย่างเหมาะสม

เซลล์แบ่งตัวด้วยเหตุผลหลายประการ เมื่อทารกเติบโต เขาหรือเธอต้องการเซลล์มากขึ้นเพื่อการเจริญเติบโตที่เหมาะสม ซึ่งทำได้โดยการแบ่งเซลล์ ทารกเริ่มต้นจากเซลล์เดียวหรือไข่ เซลล์จะไม่ใหญ่ขึ้นเมื่อทารกเติบโต แต่มีเซลล์ในร่างกายมากกว่า

เซลล์ยังแบ่งเพื่อช่วยในการรักษา หากคุณมีอาการบาดเจ็บ เช่น การถลอกที่หัวเข่า เซลล์ของคุณจะแบ่งตัวเพื่อทดแทนเซลล์ที่หายไป เซลล์เก่า หรือเซลล์ที่เสียหายในหัวเข่าของคุณและจะรักษาบริเวณที่บาดเจ็บด้วยเซลล์ใหม่ ด้วยเหตุนี้ เซลล์ผิวจะแบ่งตัวอย่างต่อเนื่องเมื่อคุณสูญเสียเซลล์ที่ตายในแต่ละวัน และคุณต้องการเซลล์ผิวใหม่ที่แข็งแรงเพื่อทดแทน

ไมโทซิสและไมโอซิสเป็นสองประเภทหลักของการแบ่งเซลล์ ไมโทซิสคือการแบ่งเซลล์ร่างกายหรือเซลล์ที่ไม่เจริญพันธุ์ในร่างกายของคุณทุกประเภท เซลล์ประเภทนี้อยู่ในเส้นผม ผิวหนัง อวัยวะ กล้ามเนื้อ และเนื้อเยื่อของร่างกาย ไมโอซิสคือการแบ่งเซลล์สืบพันธุ์ในร่างกายของคุณ และรวมถึงไข่เพศเมียหรือเซลล์อสุจิของผู้ชาย

ในการแบ่งเซลล์ เซลล์หลักหรือเซลล์ดั้งเดิมจะแบ่งออกเป็นสองเซลล์ลูกสาวที่เหมือนกัน กระบวนการนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีก ในสิ่งที่เรียกว่าวัฏจักรของเซลล์ เซลล์ควบคุมการแบ่งตัวโดยใช้สัญญาณเคมีในการสื่อสารระหว่างกัน สัญญาณเรียกว่าไซคลินและทำหน้าที่เหมือนสวิตช์เปิดเพื่อบอกเซลล์เมื่อต้องแบ่งและทำหน้าที่เป็นสวิตช์ปิดเพื่อบอกให้เซลล์หยุดการแบ่งตัว เซลล์ต้องหยุดการแบ่งตัวในเวลาที่ถูกต้องเพื่อการเจริญเติบโตและสุขภาพที่เหมาะสม แม้ว่าเมื่อเซลล์ยังคงแบ่งตัวหลังจากที่ควรจะหยุด จะสร้างเซลล์มะเร็งขึ้น

ร่างกายมนุษย์สูญเสียเซลล์ประมาณ 50 ล้านเซลล์ต่อวันในร่างกายทั้งหมด เซลล์ผิวหนังมีการสืบพันธุ์อย่างต่อเนื่องในอัตรา 30,000 ถึง 40,000 เซลล์ต่อวัน เช่นเดียวกับเซลล์ขนเนื่องจากการสูญเสียเซลล์ประเภทนี้ในแต่ละวัน แค่การอาบน้ำและแปรงผม ก็สามารถขจัดเซลล์ผิวเก่าออกเพื่อให้มีที่ว่าง เซลล์ใหม่ที่แข็งแรงและผมบางเส้นอยู่ในแปรงของคุณทุกวันเพื่อให้เซลล์ผมเพิ่มขึ้นหรือ รูขุมขน เซลล์ประเภทอื่นๆ ในอวัยวะ เส้นประสาท และสมองของคุณมีการแบ่งตัวน้อยกว่ามาก เนื่องจากเซลล์เหล่านี้ไม่ตายเร็ว

ไมโทซิสเป็นกระบวนการสร้างเซลล์โซมาติก เซลล์โซมาติกคือเซลล์ทั้งหมดที่ไม่ใช่เซลล์สืบพันธุ์ เช่น ผม ผิวหนัง เนื้อเยื่อและเซลล์อวัยวะทั้งหมดของร่างกาย สิ่งที่สำคัญที่สุดที่ต้องจำเกี่ยวกับไมโทซิสคือเซลล์ลูกสาวสองเซลล์ที่สร้างขึ้นในการแบ่งตัวจะมี DNA และโครโมโซมเหมือนกันทุกประการกับเซลล์แม่ เซลล์ลูกสาวทั้งสองที่สร้างขึ้นจะเรียกว่าเซลล์ดิพลอยด์เนื่องจากมีโครโมโซมครบชุดสองชุด การทำซ้ำที่แน่นอนนี้ไม่ได้สร้างความหลากหลายทางพันธุกรรมในเซลล์ที่ถูกแบ่ง

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอนก่อนที่จะเสร็จสิ้น กระบวนการนี้ใช้สำหรับยูคาริโอตที่มีนิวเคลียสหรือนิวเคลียสที่จับกับเมมเบรนในสิ่งมีชีวิต เช่น สัตว์ มนุษย์ พืช และเชื้อรา มันเริ่มต้นในระยะระหว่างเฟสซึ่งแต่ละเซลล์ใช้เวลาส่วนใหญ่ในการรวบรวมพลังงานและสารอาหารที่จำเป็นในการแบ่งตัว

ระยะนี้ยังเป็นช่วงที่เซลล์แม่กำลังสร้างสำเนาของ DNA ซึ่งจะใช้ร่วมกันอย่างเท่าเทียมกันระหว่างสองเซลล์ที่แยกออกเป็นเซลล์ที่เรียกว่าเซลล์ลูกสาว ก่อนการสังเคราะห์ DNA เซลล์จะมีขนาดและมวลเพิ่มขึ้น จากนั้น เซลล์จะสังเคราะห์ DNA ในช่วงเวลาสั้นๆ เซลล์ที่จะแบ่งตัวแล้วสังเคราะห์โปรตีนร่วมกับเซลล์ลูกสาวทั้งสองและยังเพิ่มขนาดต่อไป ในระยะหลังของระยะระหว่างเฟส เซลล์ยังคงมีนิวคลีโอลีอยู่ โดยที่นิวเคลียสถูกล้อมรอบด้วยซองจดหมาย และโครโมโซมจะทำซ้ำในรูปของโครมาติน

ระยะการพยากรณ์อยู่ถัดไป ซึ่งโครมาตินในเซลล์จะควบแน่นเป็นโครโมโซม เส้นใยแกนหมุนออกมาจากเซนโตรโซม เปลือกนิวเคลียสเริ่มแตกตัว และโครโมโซมจะเคลื่อนไปด้านตรงข้ามของเซลล์ เส้นใยโครโมตินเป็นมวลของดีเอ็นเอและโปรตีนที่ควบแน่นเพื่อสร้างโครโมโซมโดยแต่ละโครโมโซมประกอบด้วยโครโมโซมสองชนิดและมารวมกันที่เซนโทรเมียร์หรือศูนย์กลางของพื้นที่

ระยะ prometaphase หรือระยะ prophase ปลาย ถูกระบุโดยโครโมโซมที่ยังคงควบแน่นในขณะที่ kinetochore (เส้นใยเฉพาะในเซนโทรเมียร์ของโครโมโซม) ปรากฏที่เซนโตรเมียร์และเส้นใยไมโทติคสปินเดิลที่เกาะติดกับ ไคเนโทชอร์

ในระยะเมตาเฟส โครโมโซมจะเรียงกันบนแผ่นเมตาเฟสตรงกลางเซลล์ในขณะที่ โครมาทิดของเซลล์น้องสาวแต่ละเซลล์ติดอยู่กับเส้นใยแกนหมุนที่ปลายอีกด้านหรือขั้วของเซลล์ โครโมโซมถูกยึดไว้โดยแรงของเส้นใยขั้วโลกที่กดทับเซนโทรเมียร์ของโครโมโซม การกระทำนี้ทำให้เซลล์ลูกสาวทั้งสองแยกออกจากกัน

ในระยะแอนาเฟส เซนโตรเมียร์จะแยกออกเป็นสองส่วน และโครมาทิดรุ่นน้องจะกลายเป็นโครโมโซมเมื่อถูกดึงไปที่ขั้วทั้งสองแยกจากกัน เส้นใยสปินเดิลทำให้เซลล์ใหม่สองเซลล์ยืดออก ในตอนท้ายของขั้นตอนนี้ แต่ละขั้วจะมีโครโมโซมครบชุด การแบ่งตัวของไซโตพลาสซึมของเซลล์ต้นกำเนิดที่เรียกว่า cytokinesis เริ่มต้นและดำเนินต่อไปตลอดระยะนี้

ระยะเทโลเฟสคือขั้นต่อไปและคือเมื่อโครโมโซมมาถึงปลายอีกด้านของเซลล์และเริ่มสลายตัวเมื่อเยื่อหุ้มนิวเคลียสก่อตัวขึ้นรอบๆ เซลล์น้องสาวทั้งสอง เส้นใยแกนหมุนรอบเซลล์ใหม่แต่ละเซลล์จะผลักออกจากกัน นิวคลีโอลียังปรากฏขึ้นอีกและเส้นใยโครมาตินของโครโมโซมในเซลล์ลูกสาวแต่ละเซลล์จะคลายเกลียวออก ณ จุดนี้เนื้อหาทางพันธุกรรมของเซลล์แม่จะแบ่งออกเป็นสองเซลล์ลูกสาวใหม่เท่าๆ กัน

Cytokineses เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการแบ่งตัวเมื่อเซลล์สัตว์เริ่มแยกออกจากกันด้วยความแตกแยกระหว่างเซลล์ลูกสาวทั้งสอง ในเซลล์พืช แผ่นเซลล์แยกเซลล์ลูกสาวเพื่อสร้างผนังเซลล์ในแต่ละเซลล์ เซลล์ลูกสาวเรียกอีกอย่างว่าเซลล์ดิพลอยด์ ซึ่งหมายความว่าแต่ละเซลล์มีโครโมโซมในปริมาณที่เท่ากันและเท่ากันทุกประการและเป็นเซลล์แม่

การแบ่งเซลล์ไมโอซิสมีเพียงสองขั้นตอนเท่านั้น - ไมโอซิสที่ 1 และไมโอซิส II แต่ละเซลล์ใหม่จะมี DNA ที่ไม่ซ้ำกัน สิ่งนี้ทำให้เกิดความหลากหลายอย่างมากในพันธุกรรมที่สามารถเห็นได้เมื่อลูกสองคนที่มีพ่อแม่สองคนเหมือนกันดูแตกต่างกันมาก ไมโอซิสเกิดขึ้นเมื่อโครโมโซมแต่ละส่วนเล็ก ๆ ในเซลล์แตกออกและยึดติดกับโครโมโซมอื่น สิ่งนี้เรียกว่าการรวมตัวกันทางพันธุกรรมหรือการข้ามผ่าน

ไมโอซิสที่ 1 แบ่งโครโมโซมครึ่งหนึ่งเพื่อข้ามผ่าน ไมโอซิส II แบ่งจำนวนพันธุกรรมออกเป็นครึ่งหนึ่งในแต่ละโครโมโซมในแต่ละเซลล์ ผลลัพธ์สุดท้ายของการแบ่งเซลล์คือเซลล์ลูกสาวสี่เซลล์ แทนที่จะเป็นเซลล์สองเซลล์ในการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส เซลล์ลูกสาวแต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซมเพียงครึ่งหนึ่งของจำนวนเซลล์ต้นกำเนิด

เซลล์โปรคาริโอตเป็นแบคทีเรียเซลล์เดียวที่ไม่มีนิวเคลียส พวกมันเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่ต้องแบ่งตัว กระบวนการแบ่งเรียกว่าการแบ่งตัวแบบไบนารี ซึ่งเซลล์หนึ่งกลายเป็นสอง ขั้นตอนแรกในการแบ่งตัวแบบไบนารีคือเมื่อคัดลอกดีเอ็นเอในเซลล์และดีเอ็นเอชิ้นเล็กๆ เรียกว่า plasmids ซ้ำกัน จากนั้นทั้งสองสำเนาและต้นฉบับจะย้ายไปที่ปลายด้านตรงข้ามของ เซลล์ เซลล์เติบโตและยืดออก จากนั้นจึงสร้างวงแหวนกั้นระหว่างเซลล์ที่แยกออกเป็นสองเซลล์

กระบวนการแบ่งนี้เป็นแนวคิดเดียวกันกับการตัดชีสนิ่มๆ โดยใช้ไหมขัดฟันผ่าครึ่ง ซอฟต์ชีสนั้นยากต่อการตัดอย่างหมดจดด้วยมีดเพราะมีความนุ่มสม่ำเสมอ หากคุณวางซอฟต์ชีสไว้บนจาน คุณสามารถผ่าครึ่งด้วยไหมขัดฟันได้เท่าๆ กัน เพื่อให้ได้ชิ้นที่เหมือนกันและมีขนาดเท่ากัน

การแบ่งเซลล์แบบไม่อาศัยเพศใช้สำหรับการสืบพันธุ์ซึ่งเซลล์ใหม่ถูกสร้างขึ้นโดยการแบ่งเซลล์แม่ออกเป็นสองเซลล์ลูกสาวโดยการแบ่งเซลล์แบบไบนารี เซลล์ทั้งหมดที่แบ่งออกมีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนกันกับเซลล์แม่ สิ่งนี้ทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถสืบพันธุ์ได้อย่างรวดเร็วเช่นเดียวกับในแบคทีเรีย สาหร่าย ยีสต์ ดอกแดนดิไลออน และหนอนตัวแบน เซลล์ใหม่แต่ละเซลล์เรียกว่าโคลนเนื่องจากเป็นเซลล์ที่ซ้ำกันทุกประการ

แบคทีเรียสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศและเพิ่มจำนวนเป็นสองเท่าอย่างรวดเร็วในเวลาประมาณ 20 นาที นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมการระบาดของแบคทีเรียจึงรุนแรงมากและเติบโตอย่างรวดเร็ว เซลล์แบคทีเรียยังมีอัตราการตายสูงเพื่อชดเชยวิธีการสืบพันธุ์ที่รวดเร็ว

ผลิตภัณฑ์จากยีสต์มีการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศโดยกระบวนการแตกหน่อ แต่สามารถสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศได้เช่นกัน กระบวนการแตกหน่อเกี่ยวข้องกับส่วนนูนที่ขอบด้านนอกของเซลล์ จากนั้นจึงเกิดการแบ่งตัวของนิวเคลียส นิวเคลียสตัวหนึ่งเคลื่อนเข้าสู่ตา และจากนั้นก็แตกออกจากเซลล์ต้นกำเนิด การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศโดยการแตกหน่อเป็นวิธีที่หนอนตัวแบนแบ่งออกเป็นสองส่วนแยกจากกันและงอกใหม่เพื่อสร้างหนอนตัวแบนสองตัว

แมลงบางชนิด เช่น มด ตัวต่อ และผึ้ง สามารถสืบพันธุ์ได้ทั้งแบบอาศัยเพศและไม่อาศัยเพศ เมื่อเซลล์แบ่งตัวแบบไม่อาศัยเพศในแมลงเหล่านี้ พวกมันใช้กระบวนการ parthenogenesis ซึ่งแมลงใหม่จะสืบพันธุ์จากไข่ที่ไม่ได้รับการปฏิสนธิ ในบางสายพันธุ์ที่สามารถสืบพันธุ์ได้ทั้งแบบอาศัยเพศและแบบไม่อาศัยเพศ ไข่ที่ไม่ได้รับการผสมจะผลิตแมลงตัวผู้ และไข่ที่ปฏิสนธิจะสร้างแมลงเพศเมีย

เมื่อพืชขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ จะเรียกว่าการขยายพันธุ์พืช (vegetative propagation) และวิธีนี้เป็นที่ต้องการของเกษตรกรเนื่องจากให้ผลผลิตที่เหมือนกันกับต้นแม่ บางครั้งควรใช้วิธีนี้เพราะเมล็ดบางชนิดงอกยาก

ตัวอย่างเช่น ปลูกตามันฝรั่งหรือบริเวณที่รูตเพื่อให้เกิดต้นมันฝรั่งมากขึ้นซึ่งเหมือนกับมันฝรั่งที่มีเมล็ดหรือต้นแม่ ต้นกล้วยสามารถสืบพันธุ์ได้โดยการแยกต้นหน่ออ่อนที่เติบโตจากฐานของต้นแม่และปลูกแต่ละต้นสำหรับต้นใหม่ทั้งหมด พุ่มราสเบอร์รี่สามารถทำซ้ำได้โดยการดัดกิ่งล่างบางส่วนไปทางพื้นแล้วคลุมด้วยดิน กิ่งก้านจะเติบโตระบบรากของตัวเองและขยายพันธุ์พืชใหม่หลายต้นที่สามารถแยกออกและปลูกแยกกันเพื่อปลูกใหม่ได้ในที่สุด