為什麼說減數分裂是特殊的有絲分裂?高中生物最難學會的知識點!

2020-12-04 大大大課代表

為什麼說減數分裂是特殊的有絲分裂?對於這一問題,很多資料會對比有絲分裂和減數分裂的過程來說明,或者簡單地說減數分裂過程也有「絲」,因此是特殊的有絲分裂。這些表述可以接受,但是並不能從根本上回答這個問題,如果讓我回答,我會這樣回答:減數分裂是有絲分裂「出錯」產生的。以下是我的解釋:

1.生物演化是修修補補而不是另起爐灶

我們知道,細胞是一個經濟的系統,極少浪費能量,在漫長的演化長河中,一點點的能量節省都會被放大而成為巨大的優勢,遺傳物質減半從理論上有兩種方式:

方式1:細胞中遺傳物質直接均分減半

方式2:細胞採用複製一次分裂二次的方式來獲得減半的配子

從能量節省的角度來講,方式1似乎可行,為什麼實際情況是方式2呢?這是不是與一開始說的節省能量的演化優勢相矛盾了呢?原因恰恰是演化。

生命中新方式的誕生大都不是另起爐灶,而是在原有方式上面做了小小的改變,減數分裂是在有絲分裂的基礎上誕生的,有了這個基本的理念,我們再看減數分裂的過程就簡單多了;自然選擇這位演化設計師要寫減數分裂的代碼,他不是從0開始寫的,是將有絲分裂的現有代碼取了出來,只是改寫了其中的幾行罷了,MⅠ(減數第一次分裂)加入了四分體這個概念,而MⅡ(減數第二次分裂)就是直接照抄的有絲分裂的代碼。

2.減數分裂與有絲分裂過程的基本代碼相同

細胞核中的遺傳物質有兩種存在形式,染色質和染色體。染色質鬆散的狀態有利於酶結合,進行DNA複製和轉錄,但是不利於遺傳物質的分配;染色體狀態是染色質高度螺旋化的結構,有利於分配但不利於DNA指導細胞工作。這好比,長長的毛線方便我們在其內部做點啥,比如剪開或者打個結,但是卻不利於分配,冒險團恰好相反,有利於分配卻不利於DNA聚合酶的結合以及轉錄的發生。

如果一個高度分化的細胞不需要進行分裂,遺傳物質無需再分配,那就只以染色質的狀態存在就好了,我們可以說,染色質是核DNA的工作形態,而染色體是核DNA的物質分配狀態。

有絲分裂與減數分裂過程中核遺傳物質的變化過程我們都可以這麼來看:染色質狀態DNA複製,螺旋化為染色體狀態方便分配,在絲的牽引下在細胞中間排好隊,時機一到,染色體上著絲點分裂,再在絲的作用下移向兩極,之後恢復為染色質,進入工作狀態。

圖1:染色質與染色體的動態變化

如果只看染色體和染色質的動態變化過程,有絲分裂和減數分裂並沒有什麼本質的區別,那麼,變的是什麼呢?怎麼確保精準減半呢?

3.四分體形成是減數分裂的核心過程

減數分裂之所以能準確減半,最為關鍵的是同源染色體聯會形成四分體的過程,四分體從字面意思上來理解就是4個DNA分子所形成的整體結構。減數分裂通過將四分體作為一個整體來完成散亂分布、排列整齊、移向兩極的過程,以此實現核遺傳物質的精準減半。

圖2:四分體結構示意圖

如果我們把四分體作為一個整體來看減數分裂過程,就會發現減數分裂就是在有絲分裂的基礎上細胞多分裂來一次,過程Ⅰ以確保遺傳物質減半, 過程Ⅱ完成後續的有絲分裂過程,過程圖比較如下:

圖3:減數分裂與有絲分裂圖形比較示意圖

將關鍵詞「散亂分布、排列整齊、分開移向兩極」提取出來,文字描述如下:

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