समसूत्री और अर्धसूत्री विभाजन: चरण, क्रॉसिंग ओवर और नॉनडिसजंक्शन

दो तरह के विभाजन

समसूत्री विभाजन (माइटोसिस) एक कोशिका को दो ऐसी कोशिकाओं में बाँटता है जो आनुवंशिक रूप से उसी जैसी होती हैं, हर एक में गुणसूत्रों का पूरा सेट। इसी से निषेचित अंडा एक शरीर बनता है और त्वचा, आँत की परत और खून बदलते रहते हैं। अर्धसूत्री विभाजन (मियोसिस) एक कोशिका को चार में बाँटता है, हर एक में आधे गुणसूत्र, ताकि अंडाणु और शुक्राणु (या पौधों और कवकों में बीजाणु) बनें। निषेचन पर जब ऐसी दो कोशिकाएँ मिलती हैं तो पूरी संख्या लौट आती है।

शरीर की कोशिकाएँ द्विगुणित (2n) होती हैं: उनमें गुणसूत्रों के दो सेट होते हैं, एक हर माता-पिता से। मनुष्य में 2n = 46, यानी 23 जोड़े। हर जोड़े के दोनों गुणसूत्र समजात गुणसूत्र होते हैं: वही जीन, वही क्रम, पर संभव है अलग रूप (एलील)। लिंग कोशिकाएँ अगुणित (n = 23) होती हैं।

किसी भी विभाजन से पहले: प्रतिकृति

इंटरफ़ेज़ के S चरण में हर गुणसूत्र की नकल बनती है। दोनों प्रतियाँ, सिस्टर क्रोमैटिड, सेंट्रोमियर पर जुड़ी रहती हैं, इसीलिए माइटोसिस में गुणसूत्र X जैसा दिखता है। गुणसूत्रों की संख्या नहीं बदलती (46), पर DNA की मात्रा दोगुनी हो जाती है, 2C से 4C, जहाँ C एक सेट का DNA है।

माइटोसिस, चरण दर चरण

1. प्रोफ़ेज़: लंबा, पतला क्रोमैटिन कुंडलित होकर सघन गुणसूत्र बन जाता है; सेंट्रोसोम के बीच तर्कु बनने लगता है।
2. प्रोमेटाफ़ेज़: केंद्रक आवरण टूट जाता है और तर्कु तंतु हर सेंट्रोमियर के काइनेटोकोर से जुड़ते हैं, हर सिस्टर एक ध्रुव की ओर।
3. मेटाफ़ेज़: गुणसूत्र विषुवत रेखा, यानी मेटाफ़ेज़ प्लेट, पर कतार में आ जाते हैं। एक चेकपॉइंट तब तक रुकता है जब तक हर गुणसूत्र दोनों ओर से जुड़ न जाए।
4. एनाफ़ेज़: सिस्टर अलग होकर विपरीत ध्रुवों की ओर खिंचते हैं। अब हर एक अपने आप में एक गुणसूत्र है।
5. टीलोफ़ेज़ और साइटोकाइनेसिस: हर समूह के चारों ओर केंद्रक आवरण बनता है, गुणसूत्र खुल जाते हैं, और कोशिका बीच से दो हिस्सों में बँट जाती है।

नतीजा: दो द्विगुणित कोशिकाएँ, हर एक में 46 गुणसूत्र, हर गुणसूत्र में एक क्रोमैटिड, 2C DNA।

मियोसिस, चरण दर चरण

मियोसिस I समजात गुणसूत्रों को अलग करता है:

1. प्रोफ़ेज़ I: समजात गुणसूत्र पूरी लंबाई में जोड़े बनाते हैं (सिनैप्सिस) और चार क्रोमैटिड के गुच्छे बन जाते हैं। नॉन-सिस्टर क्रोमैटिड मेल खाते टुकड़ों की अदला-बदली करते हैं: यही क्रॉसिंग ओवर है, जो काइएज़्मा के रूप में दिखता है। यह सबसे लंबा चरण है; मनुष्य के अंडाणुओं में यह दशकों तक रुका रहता है।
2. मेटाफ़ेज़ I: जोड़े विषुवत रेखा पर कतार में आते हैं, हर जोड़ा बेतरतीब ढंग से ध्रुवों की ओर मुँह करता है: यह स्वतंत्र अपव्यूहन है।
3. एनाफ़ेज़ I: समजात गुणसूत्र विपरीत ध्रुवों पर जाते हैं; सिस्टर साथ रहते हैं।
4. टीलोफ़ेज़ I: दो कोशिकाएँ, हर एक में दो-दो क्रोमैटिड वाले 23 गुणसूत्र (2C)।

मियोसिस II बिना नई प्रतिकृति के माइटोसिस जैसा है: हर कोशिका में गुणसूत्र कतार में आते हैं, सिस्टर अलग होते हैं, और चार अगुणित कोशिकाएँ बनती हैं, हर एक में एक-एक क्रोमैटिड वाले 23 गुणसूत्र (1C)।

विभाजन के दौरान गिनती (n = 23)

• S चरण के बाद: 46 गुणसूत्र, 92 क्रोमैटिड, 4C।
• माइटोसिस, हर संतति कोशिका: 46 गुणसूत्र, 46 क्रोमैटिड, 2C।
• मियोसिस I के बाद, हर कोशिका: 23 गुणसूत्र, 46 क्रोमैटिड, 2C।
• मियोसिस II के बाद, हर कोशिका: 23 गुणसूत्र, 23 क्रोमैटिड, 1C।

गुणसूत्र सेंट्रोमियर से गिनें, क्रोमैटिड से नहीं: X आकार का प्रतिकृत गुणसूत्र अब भी एक ही गुणसूत्र है।

हर लिंग कोशिका अलग क्यों होती है

अकेला स्वतंत्र अपव्यूहन पूरे गुणसूत्रों के 2ⁿ संयोजन देता है: मनुष्य में 2²³ = 8,388,608। क्रॉसिंग ओवर, हर गुणसूत्र जोड़े में एक से तीन अदला-बदली, गुणसूत्रों के भीतर भी एलील मिलाता है, इसलिए संभव लिंग कोशिकाओं की संख्या व्यवहार में असीमित है। इसमें बेतरतीब निषेचन जोड़ें, तो एक ही माता-पिता के कोई दो बच्चे (समरूप जुड़वाँ को छोड़कर) एक जैसा जीनोम नहीं रखते।

नॉनडिसजंक्शन

अगर समजात गुणसूत्रों का एक जोड़ा (मियोसिस I में) या दो सिस्टर (मियोसिस II या माइटोसिस में) अलग न हो पाएँ, तो एक संतति कोशिका को दोनों मिलते हैं और दूसरी को कोई नहीं। एक अतिरिक्त गुणसूत्र वाली लिंग कोशिका निषेचन पर ट्राइसोमी देती है, और एक कम वाली मोनोसोमी। ट्राइसोमी 21 (डाउन सिंड्रोम) जीवित रह सकने वाली सबसे आम ट्राइसोमी है; इसका जोखिम माँ की उम्र के साथ तेज़ी से बढ़ता है, क्योंकि अंडाणु दशकों तक मियोसिस I में रुके रहते हैं। माइटोसिस में नॉनडिसजंक्शन मोज़ेक बनाता है और कैंसर कोशिकाओं में आम है।

सिम्युलेशन का उपयोग

समसूत्री और अर्धसूत्री विभाजन सिम्युलेटर एक विभाजन चलाता है जिसमें एक माता-पिता से लाल और दूसरे से नीले गुणसूत्र हैं। ये आज़माएँ:

• दो जोड़ों के साथ माइटोसिस चलाएँ, फिर उन्हीं के साथ मियोसिस, और अंत की तुलना करें: चार गुणसूत्रों वाली दो कोशिकाएँ बनाम दो गुणसूत्रों वाली चार।
• मियोसिस में प्रोफ़ेज़ I देखें: क्रॉसओवर बिंदु पर एक लाल और एक नीले क्रोमैटिड के सिरे रंग बदल लेते हैं। स्लाइडर हिलाएँ तो बदले गए टुकड़े का आकार बदलता है।
• कई बार रीसेट करें दबाएँ और मेटाफ़ेज़ I में देखें कि हर लाल गुणसूत्र किस ओर है: यह बेतरतीब ढंग से बदलता है।
• नॉनडिसजंक्शन पर टिक करें और अंतिम कोशिकाओं में गुणसूत्रों की गिनती पढ़ें।

मॉडल क्या मानकर चलता है

• अधिकतम चार जोड़े गुणसूत्र, घटती लंबाई के, असली संख्या की जगह।
• हर जोड़े में एक क्रॉसओवर, हर गुणसूत्र पर एक ही जगह, दो भीतरी क्रोमैटिड के बीच। असली क्रॉसओवर संख्या और जगह में बदलते हैं, और नॉन-सिस्टर क्रोमैटिड की किसी भी जोड़ी के बीच हो सकते हैं।
• चरणों का तय समय। असली माइटोसिस लगभग एक दिन लंबे कोशिका चक्र में लगभग एक घंटा लेता है, बाकी लगभग सारा समय इंटरफ़ेज़ का है; मियोसिस का प्रोफ़ेज़ I शुक्राणुओं में कई दिन और अंडाणुओं में दशकों चल सकता है।
• नॉनडिसजंक्शन सिर्फ़ पहले जोड़े का, पहले विभाजन में।
• योजनाबद्ध कोशिकाएँ: सेंट्रोसोम, तर्कु और केंद्रक सरल किए गए हैं; कोई और कोशिकांग नहीं है, और मियोसिस के चारों उत्पाद बराबर बनाए गए हैं।

सीमांत स्थितियाँ

• एक जोड़ा (2n = 2): अपव्यूहन के सिर्फ़ दो तरीके; मियोसिस के उत्पाद सिर्फ़ क्रॉसिंग ओवर से अलग होते हैं।
• गुणसूत्र के बिल्कुल सिरे पर क्रॉसओवर लगभग कुछ नहीं बदलता; सेंट्रोमियर के पास लगभग पूरी भुजा बदल जाती है।
• माइटोसिस में नॉनडिसजंक्शन 2n + 1 और 2n − 1 कोशिकाएँ देता है; मियोसिस I में दो n + 1 और दो n − 1।
• DNA की मात्रा पूरे माइटोसिस में साइटोकाइनेसिस तक 4C रहती है, एनाफ़ेज़ में सिस्टर अलग हो जाने के बाद भी।

मॉडल कहाँ सही नहीं रहता

• अंडाणुओं में असमान विभाजन। मादा मियोसिस में विभाजन एकतरफ़ा होते हैं: एक बड़ा अंडाणु और दो या तीन नन्हीं ध्रुवीय काय जो मर जाती हैं। सिर्फ़ नर मियोसिस चार बराबर शुक्राणु देता है।
• लिंग गुणसूत्र। X और Y सिर्फ़ अपने सिरों के छोटे हिस्सों पर जोड़ा बनाते हैं, और सिम्युलेशन के सभी समजात गुणसूत्र ऑटोसोम हैं।
• पादप कोशिकाएँ बीच से सिकुड़ने की जगह बीच से बाहर की ओर नई दीवार (कोशिका पट्टिका) बनाती हैं, और कई पौधे बहुगुणित होते हैं, दो से ज़्यादा सेट वाले।
• गलतियाँ और चेकपॉइंट। असली कोशिकाओं में तर्कु चेकपॉइंट, सिस्टर को साथ रखने वाले और एनाफ़ेज़ में काटे जाने वाले कोहेसिन प्रोटीन, और मरम्मत के रास्ते होते हैं; ये नाकाम हों तो कोशिकाओं में पूरे अतिरिक्त सेट या टूटे गुणसूत्र आ सकते हैं, जो यह मॉडल नहीं दिखाता।
• बैक्टीरिया इनमें से कोई विभाजन नहीं करते; वे एक गोल गुणसूत्र की नकल बनाकर द्विविखंडन से बँटते हैं, जैसा जीवाणु वृद्धि सिमुलेटर में दिखता है।

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