CELULE SI CROMOZOMI

CELULE I CROMOZOMI

Una dintre marile realizri ale secolului al XIX-lea o constituie teoria celular elaborat de botanistul M. J. Schleiden i de zoologul T. Schwann. Pentru prima oar n istoria tiinei se demonstreaz un fapt extraordinar, i anume c toate vieuitoarele cunoscute, de la cele mai simple pn la cele mai complexe (inclusiv omul), sunt alctuite din uniti mai mici, denumite celule (de la cuvntul latin cellula = ncpere mic). Teoria celular a stat la temelia concepiei tiinifice potrivit creia diversele specii de plante i animale (ncepnd cu microorganismele care nu se vd cu ochiul liber i sunt formate dintr-o singur celul, i pn la om, organismul cruia este cldit din aproximativ cinci mii miliarde de celule) au o structur unitar i comun, ele fiind constituite di celule care provin exclusiv din alte celule. Aceast teorie a avut o mare nsemntate pentru progresul biologiei, putnd fi pe drept cuvnt considerat ca una din marile descoperiri ale secolului trecut.

Prima definiie corect a celulei a fost dat n 1861 de ctre anatomistul M. Schultze, care consider c celula este o pictur de citoplasm cu nucleu. Este, desigur, o definiie simplist, ceea ce nu trebuie s ne mire, dac inem seama de mijloacele de cercetare ale epocii respective.

O dat ns, cu dezvoltarea acestor mijloace (microscoape, metode de fixare i colorare etc.), studiul celulei a luat un mare avnt i a dus la descoperiri nsemnate privind structura i funciile celulare. S-au pus astfel bazele unei tiine noi, citologia, care are ca obiect de studiu celula. O descoperire cu totul remarcabil a fost fcut n 1875, de citologul E, Strassburger. El a constatat c n momentul cnd celula se divide, nucleul se mparte n nite structuri pe care el le-a numit cromozomi, adic corpusculi colorai. (R. Brown a observat pentru prima oar cromozomii la microscop, nc n 1831, dar importana lor biologic a fost sesizat mult mai trziu, abia dup ce s-a descoperit diviziunea celular). n 1882, W. Fleming descoper modul de nmulire al celulelor, adic fenomenul diviziunii celulare, denumit mitoz, prin care dintr-o celul se formeaz dou, din dou se formeaz patru etc., nmulirea realizndu-se n progresie geometric (1-(2-(4-(8-(16-(32 etc.). n felul acesta, dintr-o singur celul se poate obine n cursul a 50 de diviziuni succesive un numr de 100.000 miliarde de celule. O alt realizare remarcabil a citologiei a constituit-o descoperirea modului cum se realizeaz fecundaia la animale de ctre O. Hertwig, n 1865, i la plante de ctre E. Straussburger n 1884.

Dezvoltarea citologiei experimentale i n special studiul diviziunii celulare a demonstrat c numrul de cromozomi existeni n fiecare celul i caracteristic pentru specia respectiv se pstreaz constant la celulele fiice. Aceasta datorit faptului c diviziunea celular se desfoar n mod similar la cele mai diverse specii de plante i animale, avnd anumite faze care permit dedublarea* numrului de cromozomi i mprirea lor n mod egal la cele dou celule fiice.

De pild, n fiecare din celulele corpului oarecelui (celulele somatice) se afl cte 40 de cromozomi. n cursul diviziunii, la un moment dat cromozomii se dedubleaz, ajungnd la 80 i se mpart apoi egal n celulele fiice, care vor avea n final tot cte 40 de cromozomi. Pe lng acest tip de diviziune celular -- diviziune mitotic sau mitoz --, exist i un altul, cunoscut sub numele de meioz sau diviziune reducional, care duce la formarea celulelor sexuale (gamei):ovule i spermatozoizi, dispunnd numai de jumtate din numrul de cromozomi al celulelor corpului. La oarece de exemplu, gameii au cte 20 de cromozomi. Dac dup ce a avut loc formarea gameilor (prin diviziune reducional) o ovul, avnd n nucleu 20 de cromozomi, se unete cu un spermatozoid, n nucleul cruia se gsete acelai numr de cromozomi, se obine o celul-ou (zigot), numrnd 40 de cromozomi. Din celula-ou va rezulta apoi ntreg organismul oarecelui, cldit din celule cu cte 40 de cromozomi. Precizia cu care se realizeaz aceste procese este de-a dreptul extraordinar i ea a pus pe gnduri pe cercettori.

n perioada de la nceputul secolului nostru, n momentul n cnd s-au pus bazele tiinei despre ereditatea vieuitoarelor (genetica), se cuta descoperirea unui substrat material celular care s explice transmiterea fidel a caracterelor de la prini la urmai. Biologul american W. S. Sutton, n 1902,i cel german T. Boveri, n 1904, au emis ideea potrivit creia cromozomii sunt purttorii factorilor ereditari (genelor) de la o celul la alta i de la o generaie la alta. Cercetrile efectuate ulterior de ctre geneticianul american Thomas Morgan i coala sa, au demonstrat experimental justeea acestei teze i au dus la elaborarea teoriei cromozomiale a ereditii. Ca toi oamenii mari care au contribuit la dezvoltarea tiinei, dar adesea au exagerat importana descoperirii lor, i Morgan a exagerat rolul cromozomilor n ereditate, negnd posibilitatea existenei unor factori ereditari situai n citoplasm. Cercetrile moderne de genetic au demonstrat clar c alturi de ereditatea cromozomial, exist i ereditate necromozomial, ceea ce, nu diminueaz meritul tiinific al lui Morgan. Din colaborarea creatoare dintre citologi i geneticieni au aprut dou tiine noi de contact: cariogenetica, avnd ca obiect de studiu ereditatea la nivelul nucleului i, respectiv al cromozomilor, i citogenetica, care se ocup cu studiul ereditii la nivelul celulei.

n ultimele decenii, cercetrile privind cromozomii i mecanismul cromozomial al ereditii au luat un mare avnt datorit folosirii unor metode i tehnici de studiu. Cu ajutorul lor s-au fcut descoperiri nsemnate privind structura intim i alctuirea chimic a cromozomilor, importana lor n determinismul genetic al caracterelor i n transmiterea informaiei ereditare de la o generaie la alta, modul de funcionare i rolul acestora n evoluia organismelor etc. n mod cu totul deosebit, studiile efectuate la nivelul biomoleculelor ce intr n alctuirea celulei i cromozomilor au permis aprofundarea cunotinelor, privind structura i mai ales funcionarea acestui imens combinat industrial din microcosmos, care se cheam celula vie.

DANSUL CROMOZOMILOR

nc n secolul trecut, G. Mendel, unul din fondatorii genetici, a studiat fenomenul segregrii* hibrizilor la plante i a formulat mai mult din legile ei. Totui, mult vreme acest fenomen nu i-a gsit o explicaie satisfctoare pentru c nu se cunotea modul de combinare a factorilor ereditari* printeti n organismul hibrid, precum i modul separrii lor dup aceea, de-a lungul generaiilor urmtore. Ipoteza lui W. Sutton i T. Boveri privind plasarea factorilor ereditari pe cromozomi a oferit o baz pentru explicarea segregrii la nivel celular.

ntr-adevr, pornind de la aceast ipotez, la unele specii s-a putut urmri la microscop, ce se ntmpl cu cromozomii n cursul diviziunii reducionale. Astfel, la lcust s-au fcut ncruciri ntre dou subspecii la care cromozomii aveau o anumit mrime i form, aa nct puteau fi uor recunoscui la microscop. S-a constatat c n timp ce hibridul din prima generaie motenete jumtate din cromozomi de la mam i jumtate de la tat, n celulele sexuale pe care el le formeaz, cromozomii se distribuie ntmpltor. Ca urmare, n generaia a doua segregarea se produce potrivit legilor probabilitii privind modul de combinare a cromozomilor provenii de la bunici.

ncrucindu-se dou specii care au cte 6 cromozomi somatici, iar pe fiecare pereche de cromozomi se afl cte o pereche de factori ereditari, hibridul va moteni n chip egal de la mam i de la tat cte o jumtate din cromozomii i, respectiv, factorii ereditari. Dac, de exemplu, mama posed factorii ereditari AA BB CC, iar tatl factorii aa bb cc, hibridul va fi Aa Bb Cc. n cursul diviziunii reducionale, el va forma opt tipuri de gamei, datorit faptului c n metafaza meiozei cromozomii omologi se grupeaz doi cte doi i apoi migreaz la polii celulei n mod diferit, indiferent de originea lor. Rezultatul este formarea a opt tipuri de gamei diferii n ceea ce privete factorii ereditari i anume: ABC, abc, Abc, abC, AbC, aBc, Abc, aBC. innd seama de faptul c sunt cte opt tipuri de gamei femeli i masculi, prin combinarea lor se obin 64 de indivizi diferii din punct de vedere ereditar.

Fenomenul prin care n meioz cromozomii materni i paterni se mperecheaz n funcie de omologia lor i apoi se separ pe baz de hazard, a fost denumit de cunoscutul genetician american Muller dansul cromozomilor.El a comparat cromozomii cu fetele i bieii dintr-o sal de dans, care pot forma numeroase cupluri, deoarece partenerii se pot schimba mereu ntre ei. Cu ct numrul cromozomilor i, respectiv, al genelor pe cromozomi este mai mare, cu att va fi mai mare numrul combinaiilor posibile ale gameilor. n cazul unei specii cu ase cromozomi somatici i un singur factor ereditar pe fiecare cromozom, probabilitatea ca un gamet s fie diferit de altul este egal cu (1/2)3=1/8, iar ca un individ s fie diferit de altul este (1/2)6=1/64.

Majoritatea speciilor de la plantele i animalele mai evoluate au, ns, un numr mai mare de cromozomi, iar numrul genelor pe fiecare cromozom poate ajunge chiar la cteva mii. Dac vom considera, de pild, c la om, care are 46 de cromozomi somatici, pe fiecare cromozom se afl o singur gen, probabilitatea ca o celul sexual (ovul sau spermatozoid) s fi diferit de alta este de (1/2)23, adic 1/8388608, iar ca un individ s fie diferit ereditar de altul este de (1/2)46. Aceast cifr depete de multe mii de ori populaia globului. Trebuie precizat, c la om pe fiecare cromozom se afl mai multe gene i c ntre cromozomii-pereche se pot produce schimburi de segmente de cromatide, ceea ce mrete nc i mai mult numrul de combinaii posibile ntre gamei. Din aceast cauz, dei pe pmnt triesc peste trei miliarde de oameni, nu exist doi indivizi identici, chiar dac sunt frai (cu excepia gemenilor monozigoi).

Datorit dansului cromozomilor din cursul meiozei, precum i altor fenomene genetice la plantele i animalele care se nmulesc sexuat se manifest o mare variabilitate n rndul indivizilor, ceea ce este de mare importan biologic pentru supravieuirea speciei. n condiiile unui mediu variabil, numai speciile care dispun de o larg capacitate de variaie i de adaptare la acest mediu au anse s supravieuiasc.

Elev .............................. Cls a XII a .

EMBED PBrush