علم الخلية (الانقسام الاختزالي) م15

الانقسام الاختزالي Reduction division or meiosis
هو طراز خاص من انقسام الخلية وتعتبر عملية مضادة للاخصاب حيث انها تختزل الكروموسومات وقد اظهرت الدراسات الخلوية لاطوار الانقسام الاختزالي عدة حقائق من التغيرات في المظهر الطبيعي للكروموسومات وترتيبها داخل غلاف النواة والتغيرات السيتوكيمياوية التي تحدث بالكروموسومات والمكونات الخلوية الاخرى.
ويتكون الانقسام الميوزي Meiosis أساسا من انقسامين نووين يحدث الواحد منهما بعد الاخر في تتابع سريع ويشمل الانقسام الاول انفصال الكروموسومات بعد تزاوج كل كروموسوم مع شقيقه خلال الدور التمهيدي والتي يكون احد الكروموسومين في كل زوج منها ابوياً والاخر امياً ويؤدي هذا الانفصال الى تكوين نواتين احاديتي المجموعة الكروموسومية Haploid.
ويشمل الانقسام الثاني الانفصال الطولي لكروماتيدي كل كروموسوم في كل من هاتين النواتين الاحاديتين مما ينتج عنه تكوين اربع انوية احادية المجموعة تكون الكاميتات الجنسية gametes or meiospores بعد انقسام السايتوبلازم والتي قد يكون جزءً منها عاملاً او قد تكون كلها عاملة في الكثير من الانواع.

ادوار الانقسام الاختزالي
ان الانقسام الاختزالي عملية طويلة حيث تستغرق الدورة الكاملة اياما او اسابيع ويكون الدور التمهيدي الاول معقدا ويستغرق فترة طويلة وهو يقسم الى خمس ادوار ثانوية وهي القلادي، والتزاوجي والضام والانفراجي والتشتتي ثم يتبع الدور التمهيدي الاول الدور الاستوائي الاول ثم الدور الانفصالي الاول والدور النهائي الاول ويتبع هذه الادوار ادوار الانقسام الثاني التي تشمل الدور التمهيدي الثاني والدور الاستوائي الثاني والدور الانفصالي الثاني والدور النهائي الثاني وبين الانقسام الاول والثاني يقع الدور البيني.

1- الدور التمهيدي الاول
أ- الطور القلادي Leptotene
يؤشر حلول الدور القلادي نهاية الدور البيني قبل الانقسام الاختزالي. وخلال فترة S (فترة تصنيع الحامض النووي DNA) يكتمل تكرار الكروموسومات- وهو تكرار يبدو للجميع بانه يماثل التكرار الذي يسبق الانقسام المايتوزي. وفي الحقيقة يمكن من الناحية التجريبية تحوير بعض انواع من الخلايا التي تجري فيها عملية الانقسام الاختزالي اعتياديا بعد مرحلة (S). في ان تتجه الى الخيطي (المايتوزي) بدلا من الاختزالي. ولكن بمجرد دخول الخلية الدور القلادي فأنها تلزم نفسها في الانقسام الاختزالي.
تعني كلمة Leptonema الخيط الاسطواني Slender thread ويؤذن بحلول هذه المرحلة وجود كروموسومات خيطية الشكل في الطور الابتدائي من التلافيف الاختزالي meiotic coiling وفي الحقيقة يمثل كل خيط زوجا من الكروماتيدات الاختية Sister chromatids المتماثلة (كما في الانقسام المايتوزي) ويرتبطان معا بواسطة قطعة مركزية مشتركة. كذلك ممكن ان تظهر على هذه الخيوط القلادية الكروموميرات المرحلية Chromomeric periodicity .
وقد كشف استخدام المجهر الالكتروني Electron microscope عن وجود حزم من مادة تدعى بالمكون الجانبي Lateral component او العنصر الجانبي
Lateral element بين او على طول كل زوج من ازواج الكروماتيدات الاختية خلال الدور القلادي. يبلغ عرض هذا المكون الجانبي ) ?A 500انكستروم)* ويظهر بانه معقد متكون من مادة DNA والبروتين Ribonucleoprotein ومترافقة مع الحامض النووي RNA ويظهر ان تصنيع المكون الجانبي يكون نتيجة نشاط الكروماتيدات الاختية في زوج الكروماتيدات، ويعتقد وجود حامض نووي DNA من الكروماتيدين الاختيين في معقد المكون الجانبي.
ان تكاثف الكروموسوم وتكوين العنصر الجانبي فان الدور القلادي يؤذن بانتهاء المرافقة بين اطراف Telomeres الكروموسومات ومقاطع معينة من الغلاف النووي. ومراراً مايفتقر هذا المقطع من الغلاف الى الثقوب النووية Nuclear pores ويمكن ان تظهر بشكل منطقة مثخنة تدعى بمواقع الالتصاق Attachment site ويعتقد ان هذا المقطع المتميز من الغشاء النووي يعمل كموقع للتمركز حيث يبدأ عنده ترافق او تلاصق الكروموسومات المتشابهة مع بعضها البعض.
ب- الطور التزاوجي Zygotene
يعرف الدور التزاوجي Zygonema بانه الدور الذي يكتمل فيه ترافق المجاميع المتشابهة من الكروماتيدات الاختية جنبا الى جنب وهذا الترافق يدعى بالاقتران Synapsis (وهي كلمة من الإغريقية Syn وتعني معا وكلمة Apsis وتعني ربط) ويظهر ان الاقتران يبدا من نقطة اتصال طرف الكروموسوم Telomere بالغشاء النووي والتي وضحت سابقا، وعلى نطاق واسع يفترض انها تبدأ من موضع اتصال طبيعي Physical attachment ولفترة قصيرة بين العناصر الجانبية المتشابهة. ولم تؤيد هذه الاتصالات عند الفحص بالمجهر الالكتروني وبدلا من ذلك لوحظ تحرك العناصر الجانبية المقترنة الى مسافة 200-300 نانومتر* (nm) عن بعضها البعض ومن ثم تشترك في تكوين معقد يدعى بمعقد الاقتران Synaptinemal Complex يتالف هذا المعقد من اثنين من العناصر الجانبية مع منطقة مركزية Central region تبلغ 100 نانومتر (nm) في العرض تقريبا في حالة الاكتمال والتي تكون مقطعة بحزم ضيقة بعرض 20 نانومتر (nm) من المكون المركزي Central component. ليس من الواضح تكوين المنطقة المركزية هل يكون نتيجة جهد مشترك لاقتران الكروموسومات المتشابهة ام انها مادة مركزية مصنعة مسبقا prefabricated ومن ثم ادخلت بين اثنين من المكونات الجانبية والموضوعة على مسافات متساوية، وان كلا الافتراضين ورد في المصادر, ومن المتفق عليه بصورة عامة هو احتواء المكونات المركزية central component شأنها شأن المكونات الجانبية على حامض DNA وبروتين. واذا وجد حامض DNA فانه يوجد بكميات صغيرة جدا.
ان تكوين معقد الاقتران Synaptinemal complex حادثة وراثية هامة جدا بسبب توسط هذه المعقدات عملية التبادل الوراثي خلال الانقسام الاختزالي حيث يتم تبادل المعلومات الوراثية والتي تعرف بالعبور الوراثي crossing over او الاتحادات الجديدة Recombination بين الكروموسومات المتشابهة. ويجب ان تكون الكروموسومات التي تشارك في تكوين الاتحادات الجديدة متماثلة بدرجة كافية Homologous لتتوافق مع بعضها بانطباق جين على جين. ومن ثم تتبادل الكروموسومات المتماثلة قطعا من احماضها النووية DNA بطريقة لايحصل فقدان او اكتساب للمعلومات في أي من الكروموسومات. وللدقة ان رمزنا للكروموسومات المقترنة بـ ABCD و abcd فانه يمكن ان يؤدي احد الاتحادات الجديدة الى الحصول على كروموسومات بشكل ABcd او abCD ومن اتحاد اخر نحصل على كروموسومات Abcd و aBCD وهكذا. ويجب ان يشمل تكوين معقد الاقتران على عملية التعارف الذاتي بين ازواج الكروماتيدات الاختية واقترانها الدقيق بنقطة بحيث لايحصل عن العبور الوراثي بين الكروموسومات انتقال معلومات وراثية كثيرة جدا وقليلة جدا والمطلوبة للنوع.
ولايمكن التعارف الدقيق والاقتران والعبور الوراثي بين الكروموسومات التي لايوجد بينها معقد الاقتران Synaptinemal complex اذن لماذا توجد مثل هذه التراكيب المعقدة في جميع الخلايا التي يجري فيها اقتران وعبور وراثي؟ وما هو الدور (او الادوار) التي تقوم به؟ وان من احدى التوضيحات المعقولة ولو انها لم تبرهن لحد الان، وهو عمل المكونات الجانبية كمنصات او هياكل Scaffold يقع عليه مفتاح متوالية تعارف الحامض النووي Recognition sequences DNA خلال الدور القلادي.وخلال الدور التزاوجي فان هذه المتواليات تشارك في عملية التعريف والاصطفاف وبذلك تزيل مشكلة الارباك الناتج عن كيفية اقتران الكروماتيدات المتشابهة على امتداد طولها الذي يبلغ طول محتواة من DNA حوالي 0.5 متر. وبمجرد حصول التعارف فيمكن اضافة العناصر المركزية بين الكروموسومات المتشابهة مما يجعل حالة من الاستقرار للاقتران.
ويمكن بوساطة المجهر الالكتروني فقط ملاحظة معقدات الاقتران والتعرف على نواة الدور التزاوجي وبطريقتين ففي العديد من الكائنات تتصل النهايات الكروموسومومية Telomers بالغشاء النووي وبذلك ستعطي شكل باقة الزهور Bouquet للكروموسومات. وتبدو الكروموسومات بشكل اسمك في الدور التزاوجي مقارنة مع شكلها في الدور القلادي وان زيادة السمك هذه ناتجة من استمرار الكروموسوم في عملية التكاثف فبالرغم من ذلك فانه ناتج من التحام الكروماتيدات الاختية مع بعضها البعض الى درجة يستحيل فيها التمييز بينهما، ولهذا السبب تبدو مجموعة الكروموسومات المتشابهة والمقترنة من اربع كروماتيدات في الحقيقة وكانها مؤلفة من كروموسومين فقط ولهذا يقال لمجموعة المتشابهات المقترنة بانها الوحدة الثنائية الكروموسومية Bivalent.
ج- الطور الضام Pachytene
معنى كلمة الضام Pachynema (الحبل السميك) Strand Thick وتعني استمرار قصر وتثخن الوحدة الثنائية الكروموسوم Bivalent والذي يحصل خلال هذه المرحلة من الانقسام الاختزالي. ان تكوين معقد الاقتران واقتران الكروموسومات المتشابهة يتم في بداية الدور الضام، وان التبادل الطبيعي الحقيقي والذي ينتج عنه العبور الكروموسومي Chromosomal crossing over يحدث خلال هذه المرحلة. ويصاحب اتمام عملية الاقتران تشتت الالياف الكروموسومية في باقة الزهور للدور التزاوجي
Zygoten bouquet.
د- الدور الانفراجي Diplonema
ان التنافر بين الكروماتيدات الاربعة في الوحدة الثنائية الكروموسوم يُعد من علامات نهاية الطور الضام وبداية هذا الطور حيث يصبح واضحا (الانفراج) بين ازواج الكروماتيدات الاختية وكذلك يظهر انفراج بين الكروموسومات المتشابهة في كل مجموعة وعند الفحص بواسطة المجهر يلاحظ اندثار اغلب مادة معقدة الاقتران خلال الطور الانفراجي. ويفترض ان التنافر يكون نتيجة هذا الاندثار.
وهناك اثنين من العوامل المحددة والتي تمنع الكروموسومات المتنافرة من الانفصال الكامل الاول هو استمرار الكروماتيدات الاختية بالاتصال مع بعضها البعض عند منطقة القطعة المركزية والعامل الثاني هو اتصال الكروماتيدات غير الاختية في الوحدة الثنائية الكروموسوم مع بعضها البعض في منطقة او عدة مناطق وعلى امتداد طولها بمناطق ملامسة ظاهرية تدعى بالكيازمات Chiasmate (المفرد Chiasma) تعني كلمة الكيازما (تقاطع) او تصالب اما تحت المجهر الالكتروني فتظهر الكيازما وهي تحتوي على اطوال قصيرة من معقد الاقتران الذي لم يندثر بعد وتستمر في امساك الكروماتيدات غير الاختية معا في مناطق متقابلة وعلى امتداد اطرافها.

الكيازما في الدور التشتتي
ويمكن ان تشارك في تكوين الكيازما اثنين او ثلاثة او جميع الكروماتيدات الاربع في الوحدة الثنائية الكروموسوم Bivalent. وقد تكون في الكروماتيدة اكثر من كيازما واحدة. فمثلا لو رمزنا للكروماتيدات الاربع B1, B, A, 1A فان كروماتيدة A` يمكن ان تكون كيازما مع كروماتيدة B في احد المواقع او بالتناوب مع كروماتيدةB1، تحدث الكيازما دائماً. ففي الانقسام الاختزالي الاعتيادي هناك كيازما واحدةعلى الاقل في كل وحدة ثنائية الكروموسوم. وقد يلاحظ 52 كيازما في خلية البيضة الامية Oocyte النموذجية في الانسان والتي تحتوي على 23 وحدة ثنائية الكروموسوم واغلب التأكيد فان للكيازما علاقة بالعبور الوراثي.
وفي اغلب الكائنات يكون تتابع بقية ادوار الانقسام الاختزالي بسرعة بعد الدور الانفراجي. ولكن في خلية البيضة الامية للعديد من الحيوانات يستغرق الدور الانفراجي فترة طويلة جدا. فمثلا يمتلك جنين الانثى في الانسان حوالي 3.400.000 خلية بيضة امية في كل مبيض وتدخل هذه المراحل الاولى من الانقسام خلال الفترة من الشهر الرابع الى الشهر السابع من حياة الجنين وبعدها تبقى خلية البيضة الامية ضمن المبيض في مرحلة الدور الانفراجي (يطلق عليها في بعض الاحيان اسم Dictyotene) والذي قد يستغرق فترة 50 سنة وعند البلوغ بوجود هرمون منبه FSH (Follicle- Stimulating hormone) وهرمون LH (Lenteinizing hormone) تخرج خلية بيضة امية واحدة في كل دورة شهرية وتذهب لاكمال الانقسام الاختزالي في قنوات فالوب Fallopian tubes في حالة حدوث الاخصاب.

تكوين الكيازما بين الكروماتيدات الاربعة في Bivalent (أ و ب يشمل شريطين . جـ ود يشمل ثلاثة اشرطة. هـ- يشمل اربعة اشرطة).
و-الطور التشتتي Diakinesis
خلال فترة الدور التمهيدي الاول Prophase-I- تستمر الكروموسومات في التحلزن (الالتفاف) وتكون اقصى كثافة لها في الطور التشتتي Diakinesis. وتظهر الكيازما تحت المجهر الالكتروني خالية من مادة معقد الاقتران وتحتوي بدلا منها على خيوط كروماتينية ممتدة وغير معوقة ثم تدخل الكيازما خلال هذا الطور عملية تعرف بالانزلاق Terminalization، حيث يظهر انها تتحرك من خلال الكروماتيدات حتى تصل الى نهايات الوحدة الثنائية الكروموسوم Bivalent. ترتبط الوحدات الثنائية الكروموسوم وبصورة مخصوصة بواحدة او اثنين من الكيازما الطرفية (او جزئيا طرفية) وهي في طريقها لتدخل الدور الاستوائي الاول Metaphasel . ان ميكانيكية الانزلاق وفعاليته غي معروفة بشكل واضح.

2- الدور الاستوائي الاول Metaphase-1
يتميز هذا الدور من الانقسام الاختزالي بتكوين المغزل Spindle كما هو الحال في الدور الاستوائي المايتوزي حيث ان كل وحدة ثنائية الكروموسوم تشمل على اثنين من القطع المركزية المتميزة وكل منها يمسك باثنين من الكروماتيدات معا. وتترتب القطع المركزية باتجاه المستوى الذي يناظر الصفيحة الاستوائية Metaphase plate اما الانقسام الاختزالي الذي يشمل اكثر من وحدة واحدة من الوحدة الثنائية الكروموسوم فيرى مظهر واضح للدور الاستوائي وذلك من معرفتنا لامتلاك كل وحدة ثنائية الكروموسوم على سنترومير من ألام وسنترومير من الاب، ففي احد الوحدات الثنائية الكروموسوم فمن الممكن ان يقع سنترومير ألام فوق صحيفة الاستواء وسنترومير الاب تحتها. ويمكن في وحدة ثنائية الكروموسوم ثانية ان نشاهد ان سنترومير ألام يقع فوق الاستواء ايضا وسنترومير الاب في الاسفل هذا من ناحية ومن ناحية اخرى هناك احتمال مساو في حصول العكس أي سنترومير الاب فوق وسنترومير ألام تحت وبعبارة اخرى فان ترتيب السنتروميرات المتشابهة Homologous للام والاب بالنسبة لموقعها من صفيحة الاستواء مستقل بصورة كلية عن ترتيب المجموعات الاخرى، ولذلك ممكن الحصول على جميع التوافقات الممكنة الاخرى وبتكرار متساو عند دراسة عدد كبير من الخلايا في الدور الاستوائي الاول. ان لهذه الحقيقة نتائج وراثية مهمة جدا.

3- الدور الانفصالي الاول والدور النهائي الاول Anaphase- I and Telophase-I
يستمر امساك الوحدة الثنائية الكروموسوم Bivalent معا بواسطة كيازما طرفية حتى الدور الانفصالي الاول Anaphase 1 حيث تقطع هذه الارتباطات وتتحرك سنترومرات الوحدة الثنائية الكروموسوم الى قطبي الخلية. ولغرض المقارنة مع الدور الانفصالي المايتوزي. فان الانفصال الاختزالي يشمل فقط على انفصال السنتروميرات المستقلة. ولايحدث انقسام للسنتروميرات في الدور الانفصالي الاول.
وخلال هذين الدورين يتحلل الغشاء النووي. ويمكن ان يعاد تكوين النشاء النووي حول المجموعات المنفصلة من الكروموسومات المتشابهة (ويعتمد ذلك على نوع الكائن) خلال الدور النهائي الاول. او تدخل الكروموسومات مباشرة الى الانقسام الاختزالي الثاني. وبالمثل فقد تنقسم الخلية اولا تنقسم الى خليتين بنويتين بواسطة اخدود.
وتمر الخلايا الجرثومية لاغلب اناث الحيوانات في انقسامات اختزالية غير متناظرة Asymmetric meiotic division، وتعني وجود صفيحة الدور الاستوائي قرب احد اطراف الخلية وليس عند خط استوائها وخلال الدور الانفصالي الاول، تتحرك احدى مجاميع الكروموسوم الى الطرف الضيق من السايتوبلازم، بينما تبقى المجموعة الاخرى على شكل خلية بيضة كبيرة الحجم enormons egg cell والتي تعرف في هذه المرحلة بخلية البيضة الامية Oocyte وعند الدور الثنائي الاول تنفصل المجموعة الكروموسومية الموجودة في الزاوية الصغيرة عن الخلية بواسطة اخدود والناتج يكون خلية صغيرة تدعى بالجسم القطبي الاول First polar body .

4- الدور البيني Interphase
قد يكون الدور البيني الذي يفصل بين الانقسامين الاختزاليين قصيرا. وفيه لايتضاعف الحامض النووي الرايبوزي منقوص الوكسجين (DNA) وهذا مايميزه عن الدور البيني في الانقسام المايتوزي او الدور البيني الذي يسبق الانقسام الاختزالي الاول.

5- الادوار (التمهيدي الثاني، الاستوائي الثاني، الانفصالي الثاني النهائي الثاني).
لايكون للخلايا التي تجتاز الدور التمهيدي الاول وتدخل الانقسام الاختزالي الثاني دور تمهيدي ثان حقيقي Trueprophase 11 فالانقسام الاختزالي الثاني لايتميز من الناحية المورفولوجية عن الانقسام المايتوزي.
تتحرك السنتروميرات التي تربط ازواج الكروماتيدات الى صفيحة الاستواء ثم تنقسم الى اثنين (وهو انقسام يجري لاول مرة خلال عملية الانقسام الاختزالي). بعدها تتحرك الى الاقطاب المضادة عند الدور الانفصالي. وبعد اكمال الدور النهائي الثاني Telophase II نحصل على اربع خلايا احادية haplaid تسمى بالرباعية tetrad وهي مشتقة من الخلية الثنائية الاصلية وتعود كل خلية احادية الى حالة الدور البيني.
وفي خلية البيضة الامية Oocyte يكون كل من الدور الانفصالي الثاني والدور النهائي الثاني غير متناظرة مرة اخرى ويتكون بذلك الجسم القطبي الثاني Second polar body وقد ينقسم الجسم القطبي الاول ايضا انقساما اختزاليا ثانيا بحيث نحصل على اربعة نواتج احادية وهي ثلاثة اجسام قطبية وبيضة Ovum وبديل عن هذا الانقسام يمكن ان لاينقسم الجسم القطبي الاول في هذه الحالة سيكون هناك ثلاثة نواتج اختزالية احدها ثنائي Diploid واثنين من الاحاديات Haploid وفي كلتا الحالتين تكون البيضة الاحادية الكاميت الحي الوحيد مقارنة مع عملية تكوين الحيامن Spermatogenesis في ذكر الحيوان والذي تكون فيه النواتج الاختزالية الاربعة حية.