العلوم الحياتية

الانقسام الخلوي وأهميته
 C e l l  D i v i s i o n  a n d  i t s  I m p o r t a n c e

الانقسام المتساوي Mitosis

- يحدث انقسام متساوٍ في خلية ما لإنتاج خليتين مُطابِقتين جينيًّا للخلية المُنقسِمة، وتحوي كلٌّ منهما نفس عدد كروموسومات هذه الخلية.

- تمرُّ الخلية في أثناء الانقسام المتساوي بأربعة أطوار رئيسة مُتتابِعة، هي: الطور التمهيدي، والطور الاستوائي، والطور الانفصالي، والطور النهائي، انظر الشكل الآتي.

أطـــــــــــــوار الانقســــــــــــــــــــــــام المتســـــــــــــــــــاوي
الطور التمهيدي $\Leftarrow$	الطور الاستوائي $\Leftarrow$	الطور الانفصالي $\Leftarrow$	الطور النهائي

 

- يليها انقسام السيتوبلازم لإنتاج خليتين مُنفصِلتين.

 

أطوار الانقسام المتساوي Phases of Mitosis

انظر الشكل الآتي الذي يُبيِّن أطوار الانقسام المتساوي، وسمات كل طور.

1- الطور التمهيدي Prophase - تظهر الكروموسومات قصيرة وسميكة، ويتكوَّن كلٌّ منها من كروماتيدين شقيقين يرتبطان معًا عن طريق قطعة مركزية (سنترومير). - في نهاية هذا الطور يتفكَّك الغلاف النووي، وتختفي النُوَيَّة، ويتحرَّك الجسمان المركزيان نحو قطبي الخلية المُتقابِلين، وتبدأ الخيوط المغزلية بالامتداد من المُريكِزات إلى القطع المركزية في الكروموسومات لترتبط بها. - (الجسم المركزي تركيب يقتصر وجوده على الخلايا الحيوانية فقط، ويتكوَّن كل جسم مركزي من تركيبين أسطوانيين، يُسمّى كلٌّ منهما مُريكزًا)

 

 

2- الطور الاستوائي Metaphase ترتبط الخيوط المغزلية بالقطع المركزية قُبَيْل هذا الطور. ويمتاز هذا الطور بترتيب الكروموسومات في وسط الخلية.

 

3- الطور الانفصالي Anaphase أ- تنكمش الخيوط المغزلية في هذا الطور. ب- ما يؤدّي إلى سحب الكروماتيدات الشقيقة، وانفصال كل كروماتيدين شقيقين أحدهما عن الآخر، وتحرُّك كلٍّ منهما نحو أحد قطبي الخلية. ج- فيصبح عند كل قطب مجموعة كاملة من الكروموسومات الابنة. - يُذكَر أنَّ الكروماتيدات في هذا الطور يكون شكلها مشابهًا لشكل حرف (V) نتيجة عملية السحب.

 

 

 

4- الطور النهائي Telophase - تتشكَّل في هذا الطور نواتان ونُوَيَّتان. - ويبدأ الغلاف النووي بالظهور، وتصبح الكروموسومات أرفع وأطول تمهيدًا لعودتها على شكل شبكة كروماتينية. - وفي نهاية الطور يبدأ انقسام السيتوبلازم بعد وقت قصير من انقسام النواة.

 

 

أفكّر: في أيِّ أطوار المرحلة البينية تُصنَّع البروتينات التي تدخل في تركيب الخيوط المغزلية؟

- G_2.

 

انقسام السيتوبلازم Cytokinesis

- يختلف انقسام السيتوبلازم في الخلايا الحيوانية عنه في الخلايا النباتية؛ ففي الخلايا الحيوانية يحدث تخصُّر تدريجي وسط الخلية مُشكِّلا أُخدودًا.

انقسام السيتوبلازم في الخلايا الحيوانية: - يوجد في الجانب السيتوبلازمي للأُخدود حلقة مُنقبِضة من ألياف بروتين الأكتين الدقيقة وجزيئات بروتين الميوسين التي تعمل معًا على انقباض الحلقة، فيزداد التخصُّر، إلى أنْ ينتج من ذلك خليتان مُنفصِلتان، انظر الشكل الآتي.

 

انقسام السيتوبلازم في الخلايا النباتية. - أمّا عملية انقسام السيتوبلازم في الخلايا النباتية فتختلف بسبب وجود الجُدُر الخلوية. - إذ تصطفُّ وسط الخلية حويصلاتٌ من أجسام غولجي، ثم تندمج الحويصلات مُشكِّلةً صفيحة خلوية. - بعد ذلك يندمج الغشاء المحيط بالصفيحة الخلوية بالغشاء البلازمي للخلية، ثم ينشأ الجدار الخلوي من مُكوِّنات في الصفيحة الخلوية. - وبذلك تنتج خليتان مُنفصِلتان، ومُطابِقتان للخلية الأُمِّ، انظر الشكل الآتي.

 

أتحقَّق: كيف ينقسم السيتوبلازم في الخلية الحيوانية؟

- يحدث تخصُّر تدريجي وسط الخلية مُشكِّّلً أُخدودًا . يوجد في الجانب السيتوبلازمي للأخدود حلقة مُنقبِّضة من ألياف بروتين الأكتين الدقيقة وجزيئات بروتين الميوسين التي تعمل معًا على انقباض الحلقة، فيزداد التخصُّر، إلى أنْ ينتج من ذلك خليتان مُنفصِّلتان.

 

أهمية الانقسام المتساوي The Importance of Mitosis

- للانقسام المتساوي أهمية كبيرة؛ فهو ضروري لنمو الكائنات الحيَّة عديدة الخلايا، انظر الشكل الآتي الذي يُبيِّن دور الانقسام المتساوي في تطوُّر جنين
من بويضة مُخصَّبة (خلية واحدة) إلى إنسان يتكوَّن جسمه من عدد كبير جدًّا من الخلايا. قال تعالى: "وَلَقَدْ خَلَقْنَا الْإِنسَانَ مِن سُلالَةٍ مِّن طِينٍ * ثُمَّ جَعَلْنَاهُ نُطْفَةً فِي قَرَارٍ مَّكِينٍ * ثُمَّ خَلَقْنَا النُّطْفَةَ عَلَقَةً فَخَلَقْنَا الْعَلَقَةَ مُضْغَةً فَخَلَقْنَا الْمُضْغَةَ عِظَامًا فَكَسَوْنَا الْعِظَامَ لَحْمًا ثُمَّ أَنشَأْنَاهُ خَلْقًا آخَرَ فَتَبَارَكَ اللَّهُ أَحْسَنُ الْخَالِقِينَ" (المؤمنون، آية: 12 - 14)

 

- تتمثَّل أهمية الانقسام المتساوي أيضًا في استبدال الخلايا التالفة، وتعويض الأنسجة التي تعرَّضت لجرح، أو حرق، أو كشط، مثل: الجلد، والأنسجة المُبطِّنة للأمعاء، أنظر الشكل الآتي:

- يُذكَر أنَّ بعض الكائنات الحيَّة عديدة الخلايا (مثل: السحلية، ونجم البحر) لديها قدرة على التجدُّد، أيْ تعويض أجزاءٍ فَقَدَتْها من أجسامها عن طريق الانقسام المتساوي، أنظر الشكل الآتي:

أتحقَّق: ما أهمية الانقسام المتساوي في جسمي؟

- استبدال الخلايا التالفة، وتعويض الأنسجة التي تعرَّضت لجرح، أو حرق، أو كشط، مثل: الجلد، والأنسجة المُبطِّّنة للأمعاء.

 

الربط بالطب: يوجد في المراحل الجنينية للكائن الحيِّ خلايا جذعية غير مُتمايِزة، وقد تنقسم هذه الخلايا لإنتاج خلايا تستمر بوصفها خلايا جذعية، وخلايا أُخرى تتمايز؛ ما يجعلها خلايا مُتخصِّصة، تتكوَّن منها الأنسجة والأعضاء. يُعَدُّ استخدام الخلايا الجذعية في إنتاج أنسجة جديدة علاجًا واعدًا للأعضاء المُتضرِّرة نتيجة الإصابة بأمراض مُتعدِّدة، مثل بعض أمراض القلب والأعصاب. يوجد في الأردن عدد من المراكز والمؤسسات المُتقدِّمة والرائدة في مجال بحوث الخلايا الجذعية وتطبيقاتها العلاجية، مثل مركز العلاج بالخلايا ( Cell Therapy Center ) التابع لمستشفى الجامعة الأردنية،وهي تضمُّ نخبة من الخبرات العلمية والعملية التي تُطبِّق أحدث الطرائق المُستخدَمة عالميًّا في مجال العلاج بالخلايا الجذعية.

 

- يُعَدُّ الانقسام المتساوي أساسًا للتكاثر اللاجنسي في الكائنات الحيَّة حقيقية النوى؛ سواء أكانت وحيدة الخلية مثل الخميرة، أنظر الشكل (أ)، أم عديدة
الخلايا مثل الهيدرا والنباتات، انظر الشكل (ب، ج).

- يكون تكاثر الكائنات الحيَّة لاجنسيًّا أسرع من تكاثرها جنسيًّا، ولكنَّ الكائنات الحيَّة الناتجة من التكاثر اللاجنسي تكون مُتماثِلة جينيًّا؛ ما يعني عدم وجود
تنوُّع في صفات هذه الكائنات، وهو ما يجعل كُلا منها عُرْضةً للتأثُّر بالظروف المحيطة بها على نحوٍ مُشابِهٍ.

 

الانقسام المُنصِّف Meiosis

- يُعَدُّ الانقسام المُنصِّف أحد أنواع الانقسام الخلوي الذي يؤدّي إلى إنتاج الجاميتات؛ وهي خلايا أُحادية المجموعة الكروموسومية.

- يمرُّ الانقسام المُنصِّف بمرحلتين أساسيتين، تسبق أُولاهما مرحلة بينية مُشابِهة لتلك التي تسبق الانقسام المتساوي.

 

أطوار المرحلة الأولى من الانقسام المُنصِّف Phases of Meiosis I

- تمرُّ هذه المرحلة بأربعة أطوار، وتنتج في نهايتها خليتان تحويان نصف عدد كروموسومات الخلية الأُمِّ (المُنقسِمة)، تتبع المراحل بالترتيب الآتي الذي يمثل أطوار المرحلة الأولى من الانقسام المُنصِّف:

الطور التمهيدي الأوَّل Prophase I

- تظهر الكروموسومات قصيرة وسميكة، ويتكوَّن كلٌّ منها من كروماتيدين شقيقين، في حين يتفكَّك الغلاف النووي. -  وقد يحدث تقاطع بين كروماتيدين غير شقيقين في كروموسومين متماثلين - بسبب قربهما من بعضهما- في نقاط تُسمّى كلٌّ منها نقطة التصالب Chiasma فينتج عن ذلك تبادل أجزاء من المادة الوراثية بين هذين الكروماتيدين، في ما يُعرَف بالعبور Crossing Over. - ماذا ينتج عن العبور : ينتج منه تراكيب جينية جديدة تؤدّي دورًا في التنوُّع الجيني، أنظر الشكل المجاور. - يتحرَّك كل زوج من المُريكِزات نحو أحد قطبي الخلية المُتقابِلين، وتبدأ الخيوط المغزلية بالامتداد من المُريكِزات إلى القطع المركزية في الكروموسومات لترتبط بها.

الطور الاستوائي الأوَّل Metaphase I

- تصطفُّ أزواج الكروموسومات المُتماثِلة والمُرتبِطة بالخيوط المغزلية على جانبي خطِّ وسط الخلية. *كيف يكون ترتيبها؟ - من دون أنْ تترتَّب ترتيبًا مُعيَّنًا، وإنَّما يكون ترتيبها عشوائيًّا؛ أيْ ليس شرطًا أنْ تكون جميع الكروموسومات التي من الأب على الجانب نفسه، وكذا الحال بالنسبة إلى الكروموسومات التي من الأُمِّ. - وهذا يعني أنَّ جهة ما قد تحوي كروموسومات من الأب والأُمِّ؛ ما يؤدي إلى حدوث تنوُّع جيني في الخلايا الناتجة من الانقسام.

 

الطور الانفصالي الأوَّل Anaphase I
- تنفصل في هذا الطور أزواج الكروموسومات المُتماثِلة نتيجة انكماش الخيوط المغزلية. - ويتجه كل كروموسوم من هذه الأزواج إلى أحد قطبي الخلية، في حين تظلُّ الكروماتيدات الشقيقة مُرتبِطة ببعضها.

 

الطور النهائي الأوَّل Telophase I
- يبدأ الغلاف النووي بالظهور في هذا الطور تزامنًا مع تفكُّك الخيوط المغزلية. - ثم يحدث انقسام للسيتوبلازم، فتنتج خليتان تحوي كلٌّ منهما كروموسومات؛ بعضها من الأب، وبعضها الآخر من الأُمِّ.

 

أطوار المرحلة الثانية من الانقسام المُنصِّف
Phases of Meiosis II

- تدخل الخلايا المرحلة الثانية من الانقسام المُنصِّف من دون حدوث تضاعف DNA.

- وفي هذا الطور تنفصل الكروماتيدات الشقيقة بعضها عن بعض، ويتحرَّك كلٌّ منها نحو أحد قطبي الخلية، ثم يتكوَّن الغلاف النووي الذي يتبعه حدوث انقسام للسيتوبلازم.

- فتنتج أربع خلايا أُحادية المجموعة الكروموسومية.

أطـــــــــــــوار المرحلــــــــــــــــة الثانيــــــــــــــــــة من الانقســـــــــــــــــــــام المُنصِّف.
الطور التمهيدي الثاني Prophase II	الطور الاستوائي الثاني Metaphase II	الطور الانفصالي الثاني Anaphase II	الطور النهائي الثاني Telophase II
- يتفكَّك الغلاف النووي في هذا الطور، وتتجه المُريكِزات إلى أقطاب الخلية المُتقابِلة، وتبدأ الخيوط المغزلية بالظهور.	- تترتَّب الكروموسومات (لا يزال كلٌّ منها يتكوَّن من كروماتيدين شقيقين) في منتصف الخلية.	- ينفصل كل كروماتيدين شقيقين أحدهما عن الآخر، ثم يتحرَّك كلٌّ منهما نحو أحد قطبي الخلية.	- يتشكَّل الغلاف النووي حول كل مجموعة كروموسومية. - وتبدأ الخيوط المغزلية بالتفكُّك، ويحدث انقسام ثانٍ للسيتوبلازم، فتنتج أربع خلايا أُحادية المجموعة الكروموسومية (1n).

 

أتحقَّق: خلية جنسية تحوي (64) كروموسومًا:

- ما عدد الخلايا الناتجة في المرحلة الأولى من انقسامها انقسامًا مُنصِّفًا؟

- كم عدد الكروموسومات في كلٍّ من الخلايا الناتجة؟

- خليتان.
- كل منهما تحوي 32 كروموسومًا على شكل زوج من الكروماتيدات الشقيقة.

 

أهمية الانقسام المُنصِّف The Importance of Meiosis

- يؤدّي انقسام خلية ثنائية المجموعة الكروموسومية انقسامًا مُنصِّفًا إلى إنتاج أربع خلايا أُحادية المجموعة الكروموسومية.

- فمثلا، الخلايا المنوية الأولية في الإنسان هي ثنائية المجموعة الكروموسومية (2n)؛ أيْ إنَّ كُلا منها تحوي 23 زوجًا من الكروموسومات (46 كروموسومًا).

- وبعد حدوث انقسام مُنصِّف - بمرحلتيه- تنتج أربع خلايا أُحادية المجموعة الكروموسومية (1n)، وهي تُسمّى جاميتات ذكرية، ويحوي كلٌّ منها 23 كروموسومًا.

- وعند حدوث عملية الإخصاب التي يندمج فيها الجاميت الذكري بالجاميت الأنثوي تتكوَّن خلية ثنائية المجموعة الكروموسومية (2n) تُسمّى زيجوت، أنظر الشكل الآتي.

- وبذلك يُمكِن المحافظة على ثبات عدد الكروموسومات في الكائن الحيِّ الطبيعي.

 

أتحقَّق: أُقارِن بين الطور الانفصالي الأوَّل والطور الانفصالي الثاني من حيث أبرز أحداث كلٍّ منهما.

- الطور الانفصالي الأوَّل تنفصل في هذا الطور أزواج الكروموسومات المُتماثِّلة نتيجة انكماش الخيوط المغزلية، يتجه كل كروموسوم من هذه الأزواج إلى أحد قطبي الخلية، في حين تظلُّ الكروماتيدات الشقيقة مُرتبِّطة ببعضها.

- الطور الانفصالي الثاني ينفصل كل كروماتيدين شقيقين أحدهما عن الآخر، ثم يتحرَّك كلٌّ منهما نحو أحد قطبي الخلية.

 

الانشطار الثنائي في الكائنات الحيَّة بدائية النوى
Binary Fission in Prokaryotes

- يتشابه الانشطار الثنائي والانقسام المتساوي من حيث نواتج العمليتين؛ إذ ينتج من كلٍّ منهما خليتان مُطابِقتان للخلية الأُمِّ المُنقسِمة.

- ولكنَّ هاتين العمليتين تختلفان فعليًّا في ما بينهما.

آليَّة الانشطار الثنائي في البكتيريا.

- تبدأ عملية الانشطار الثنائي بتضاعف كروموسوم البكتيريا، وهو كروموسوم حلقي؟. - ثم يتحرَّك الكروموسومان الناتجان من التضاعف في اتجاهين مُتقابِلين، ضمن عملية يدخل فيها بروتين يُشبِه الأكتين Actin – like Protein. - فيظهر كروموسوم واحد عند كل طرف من طرفي الخلية المُتقابِلين، ويحدث في أثناء هذه العملية نمو واستطالة للخلية. - بعد ذلك ينغمد الغشاء البلازمي نحو الداخل، بالتزامن مع تكوُّن الجدار الخلوي. - ثم تنتج خليتان مُنفصِلتان ومُشابِهتان للخلية الأُمِّ.

 

أتحقَّق: ما نتائج انقسام خلية جلد ونتائج انشطار خلية بكتيريا من حيث عدد الخلايا الناتجة من عملية انقسام واحدة؟

- خليتان في كل من الانقسام المتساوي لخلايا الجلد وخليتان في الانشطار الثنائي للبكتيريا.