الانقسام الاختزالي: كيف تتكوّن البويضات والحيوانات المنوية؟

تحتوي معظم خلايا الجسم البشرية على 46 كروموسومًا مرتبة في 23 زوجًا. يضم كل زوج كروموسومًا مصدره الأم وآخر مصدره الأب. والكروموسومات تراكيب تحمل الحمض النووي، الذي يضم الجينات والتعليمات اللازمة لبناء الجسم وتنظيم وظائفه.

أما الخلايا الجنسية الطبيعية فتحمل 23 كروموسومًا فقط، أي مجموعة واحدة بدلًا من مجموعتين. وعندما يندمج حيوان منوي مع بويضة، تتكون اللاقحة، وهي أول خلية في مسار تكوّن الجنين، وبداخلها عادةً 46 كروموسومًا. لولا هذا التخفيض، لتضاعف عدد الكروموسومات مع كل جيل.

قبل متابعة الانقسام، من المفيد التمييز بين تراكيب تبدو متشابهة في الرسوم التعليمية، لكنها تؤدي أدوارًا مختلفة:

• الكروموسومات المتماثلة: كروموسومان يحملان الجينات نفسها في المواقع نفسها، لكنهما قد يحملان نسخًا مختلفة من هذه الجينات.
• الكروماتيدات الشقيقة: نسختان من الكروموسوم تتكونان بعد تضاعف الحمض النووي، وتبقيان متصلتين في منطقة تُسمّى السنترومير.
• المغزل الانقسامي: شبكة من الألياف تساعد على تحريك الكروموسومات وتوزيعها بين الخلايا الناتجة.
• الخلية أحادية المجموعة الكروموسومية: خلية تحتوي على مجموعة واحدة من الكروموسومات، كما في الأمشاج الطبيعية.

قبل بدء الانقسام، يتضاعف الحمض النووي مرة واحدة، فيصبح كل كروموسوم مكوّنًا من كروماتيدين شقيقين. لا يعني ذلك أن عدد الكروموسومات أصبح 92؛ فالعدد يُحسب وفق مناطق السنترومير، ويظل في هذه المرحلة 46 كروموسومًا، لكن كمية الحمض النووي تتضاعف.

بعد ذلك تمر الخلية بانقسامين متتاليين، يُعرفان بالانقسام الاختزالي الأول والثاني. ولا يحدث تضاعف جديد للحمض النووي بينهما، وهذه نقطة أساسية تفسر وصول الخلايا الناتجة إلى نصف العدد الأصلي من الكروموسومات.

المهمة الرئيسية لهذا الانقسام هي فصل الكروموسومات المتماثلة عن بعضها. وهو المرحلة التي ينخفض فيها عدد مجموعات الكروموسومات من مجموعتين إلى مجموعة واحدة.

الطور التمهيدي الأول

تتكثف الكروموسومات وتتقارب الكروموسومات المتماثلة في أزواج. خلال ذلك، قد تتبادل كروماتيدات غير شقيقة أجزاء متقابلة من الحمض النووي، في عملية تُسمّى العبور الوراثي. ينتج عنها ترتيب جديد للمادة الوراثية، كما تساعد الروابط بين الكروموسومات على انتظام انفصالها لاحقًا.

الطور الاستوائي الأول

تصطف أزواج الكروموسومات المتماثلة قرب منتصف الخلية. ويتحدد اتجاه كل زوج بصورة مستقلة نسبيًا عن الأزواج الأخرى، مما يسمح بتوزيعات متنوعة للكروموسومات ذات الأصل الأبوي والأمومي في الخلايا الناتجة.

الطور الانفصالي الأول

تتحرك الكروموسومات المتماثلة نحو قطبين متعاكسين. في هذه المرحلة، يبقى الكروماتيدان الشقيقان لكل كروموسوم متصلين؛ فالذي ينفصل هو كل كروموسوم عن نظيره، وليس الكروماتيدات الشقيقة عن بعضها.

الطور النهائي الأول وانقسام الخلية

تتكون خليتان تحمل كل منهما مجموعة واحدة من الكروموسومات. وفي الإنسان، تضم كل خلية عادةً 23 كروموسومًا، لكن كل كروموسوم لا يزال مكوّنًا من كروماتيدين. ويختلف توزيع السيتوبلازم بين الخلايا بحسب مسار تكوين البويضات أو الحيوانات المنوية.

يشبه الانقسام الثاني الانقسام المتساوي من حيث فصل الكروماتيدات الشقيقة. تتشكل ألياف المغزل، وتصطف الكروموسومات في منتصف الخلية، ثم تنفصل الكروماتيدات وتتجه إلى الأقطاب المتقابلة. وبعد الانفصال، يُعدّ كل كروماتيد كروموسومًا مستقلًا.

في النموذج العام، تنتهي العملية بأربع خلايا أحادية المجموعة الكروموسومية تختلف وراثيًا عن الخلية الأصلية وعن بعضها. لكن هذه النتيجة لا تعني إنتاج أربع بويضات وظيفية؛ فتكوين البويضات يتضمن انقسامات غير متساوية تحافظ على معظم السيتوبلازم في خلية كبيرة واحدة.

عند الذكور

يبدأ إنتاج الحيوانات المنوية عادةً عند البلوغ، ويستمر عبر خلايا أصلية تتجدد في الخصيتين. تدخل الخلايا المنوية الأولية الانقسام الاختزالي، وتعطي كل واحدة منها عادةً أربع طلائع منوية. ثم تمر هذه الطلائع بتغيرات في الشكل والبنية لتصبح حيوانات منوية، وتكتسب مزيدًا من النضج أثناء مرورها بالبربخ.

عند الإناث

تبدأ الخلايا البيضية الانقسام الاختزالي خلال الحياة الجنينية، ثم تتوقف في الطور التمهيدي الأول. بعد البلوغ، يستأنف بعض هذه الخلايا النضج ضمن دورات المبيض، وتكمل الخلية التي تُباض عادةً الانقسام الأول قبل الإباضة، منتجةً خلية بيضية ثانوية وجسمًا قطبيًا صغيرًا.

تبدأ الخلية البيضية الثانوية الانقسام الثاني وتتوقف في الطور الاستوائي الثاني، ولا تكمله عادةً إلا إذا حدث الإخصاب. يسمح الانقسام غير المتساوي باحتفاظها بمعظم السيتوبلازم والعضيات اللازمة لدعم المراحل المبكرة بعد الإخصاب، بينما تحصل الأجسام القطبية على كمية قليلة من السيتوبلازم.

كلاهما ينظم توزيع المادة الوراثية، لكنهما يختلفان في الوظيفة والنتيجة:

• الهدف: الاختزالي لتكوين الخلايا الجنسية، والمتساوي للنمو وتجديد الأنسجة وتعويض الخلايا.
• عدد الانقسامات: انقسامان متتاليان في الاختزالي، مقابل انقسام واحد في المتساوي.
• عدد الكروموسومات: ينخفض إلى النصف في الاختزالي، ويُحافَظ عليه عادةً في المتساوي.
• التشابه الوراثي: يُنتج الاختزالي تنوعًا وراثيًا، بينما ينتج المتساوي عادةً خليتين متشابهتين وراثيًا، ما لم تحدث طفرات أو أخطاء.

بعد الإخصاب، تنقسم اللاقحة وتزداد خلايا الجنين بالانقسام المتساوي، وليس الاختزالي. لذلك يرتبط الانقسام الاختزالي بإعداد المادة الوراثية قبل تكوّن الجنين، أكثر من ارتباطه بزيادة عدد خلاياه.

يساعد العبور الوراثي والتوزيع المستقل للكروموسومات على إنتاج أمشاج بتركيبات جينية مختلفة. ويضيف اتحاد بويضة وحيوان منوي تنوعًا آخر، ولهذا لا يتطابق الإخوة وراثيًا عادةً، رغم اشتراكهم في الوالدين.

أحيانًا لا تنفصل الكروموسومات المتماثلة أو الكروماتيدات الشقيقة بالشكل الصحيح، وتُسمّى هذه الظاهرة عدم الانفصال. قد ينتج عنها مشيج يحمل كروموسومًا زائدًا أو يفتقد آخر. وإذا شارك في الإخصاب، فقد ينشأ حمل بخلل في عدد الكروموسومات.

قد تؤدي هذه الأخطاء إلى توقف نمو الحمل أو الإجهاض، وقد يرتبط بعضها بحالات مثل متلازمة داون الناتجة غالبًا عن وجود نسخة إضافية من الكروموسوم 21. ويزداد احتمال بعض الأخطاء مع تقدم عمر البويضات، لكنها قد تحدث في أي عمر، وقد تنشأ اضطرابات كروموسومية أيضًا بعد الإخصاب.

لا يسبب الانقسام الاختزالي الطبيعي أعراضًا تستدعي الفحص. لكن يُنصح بمراجعة الطبيب أو اختصاصي الوراثة عند تكرر فقدان الحمل، أو تأخر الإنجاب، أو وجود اضطراب كروموسومي معروف لدى أحد الزوجين أو في حمل سابق.

كذلك تستلزم نتيجة تحرٍّ غير طبيعية أثناء الحمل مناقشة الخيارات مع الطبيب؛ فاختبارات التحري تقدّر الاحتمال ولا تؤكد التشخيص. وقد تُناقش فحوص تشخيصية، مثل أخذ عينة من الزغابات المشيمية أو بزل السلى، بحسب الحالة وبعد شرح فوائدها ومخاطرها.

لا توجد مكملات أو وصفات تضمن منع أخطاء الانقسام الاختزالي أو تصحيح كروموسومات البويضة والحيوان المنوي. تدعم العادات الصحية والرعاية قبل الحمل الصحة الإنجابية عمومًا، لكن حدوث خلل كروموسومي لا يعني أن الوالدين ارتكبا خطأ، ولا يمكن تحديد سببه من الأعراض وحدها.