สวัสดีนักเรียนที่น่ารักทุกคนครับ! วันนี้เราจะมาเจาะลึกกระบวนการแบ่งเซลล์ที่สำคัญยิ่งยวดในวิชาชีววิทยา นั่นคือ Mitosis และ Meiosis กันนะครับ เพื่อให้เราเข้าใจ "ความแตกต่างในจำนวนเซนโทรเมียร์และโครมาทิด" ตลอดกระบวนการอย่างเป็นขั้นเป็นตอน และเห็นภาพรวมว่า "ทำไมเซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์จึงกลายเป็นเซลล์ดิพลอยด์สองเซลล์ใน Mitosis" และ "ทำไมเซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์จึงกลายเป็นเซลล์แฮพลอยด์สี่เซลล์ใน Meiosis" ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์เลยครับ
ก่อนที่เราจะเริ่มกระบวนการแบ่งเซลล์ Mitosis
และ Meiosis
นั้น เราต้องมาทำความเข้าใจ "เซลล์เริ่มต้น"
ของเราก่อนนะครับ ในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ เซลล์เริ่มต้นจะเป็นเซลล์ "ดิพลอยด์"
(Diploid) ซึ่งเราเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ 2n คำว่า
2n หมายความว่าเซลล์นั้นมีโครโมโซม 2
ชุด ตัวอย่างเช่น ในมนุษย์เรามีโครโมโซม 46
แท่ง นั่นคือ ได้รับโครโมโซม 23
แท่งจากคุณแม่ และอีก 23
แท่งจากคุณพ่อ รวมเป็น 46
แท่ง
เพื่อความเข้าใจง่ายในการวาดและเห็นภาพการเปลี่ยนแปลงของตัวเลข โครโมโซม เซนโทรเมียร์ และโครมาทิดนั้น ในที่นี้เราจะใช้ตัวอย่างเซลล์ที่มี โครโมโซม
2n = 6 แท่ง แทนที่จะเป็น 46
แท่ง เหมือนในมนุษย์นะครับ
สถานะเริ่มต้น (ระยะ
Interphase): การเตรียมตัวก่อนการแบ่งเซลล์ แม้ว่าระยะ
Interphase จะไม่ใช่ส่วนหนึ่งของ Mitosis
หรือ Meiosis
โดยตรง แต่ก็เป็นช่วงเวลาที่สำคัญมากๆ เพราะมันคือช่วงที่เซลล์ "จำลองโครโมโซม"
ของตัวเองนั่นเองครับ
- เซลล์เริ่มต้นของเรา:
- มีโครโมโซม (Chromosome) = 6 แท่ง (นั่นคือ 2n = 6)
- มีเซนโทรเมียร์ (Centromere) = 6 ตำแหน่ง (โครโมโซม 1 แท่ง มีเซนโทรเมียร์ 1 ตำแหน่ง)
- มีโครมาทิด (Chromatid) = 6 โครมาทิด (โครโมโซม 1 แท่ง มี
1 โครมาทิด)
- หลังจาก Interphase (มีการจำลองโครโมโซม):
- จำนวนโครโมโซม (Chromosome): ยังคงนับเป็น 6 แท่ง ครับ! ทำไมน่ะหรือ? ก็เพราะว่าส่วนที่ถูกจำลองขึ้นมาใหม่ (หรือที่เรียกว่าซิสเตอร์โครมาทิด) ยังคง "ยึดติดกันอยู่ที่บริเวณเซนโทรเมียร์" ตราบใดที่ยังติดกัน เราจะนับเป็นโครโมโซม 1 แท่งเหมือนเดิมครับ
- จำนวนโครมาทิด (Chromatid): แต่ละโครโมโซมที่มีการจำลองแล้วจะประกอบด้วย 2 ซิสเตอร์โครมาทิดที่เหมือนกัน ดังนั้น ถ้ามี 6 โครโมโซม แต่ละแท่งมี 2 โครมาทิด จำนวนโครมาทิดรวมจึงเท่ากับ 6 x 2 = 12 โครมาทิด ครับ
- จำนวนเซนโทรเมียร์ (Centromere): ยังคงเท่ากับ 6 ตำแหน่ง ครับ เนื่องจากโครโมโซมแต่ละแท่งที่จำลองแล้ว ก็ยังคงมีเซนโทรเมียร์แค่ 1 ตำแหน่งเท่านั้น
สรุปสถานะเริ่มต้น (หลัง
Interphase และก่อนเข้าสู่ Prophase):
- โครโมโซม = 6 แท่ง
- โครมาทิด = 12 โครมาทิด
- เซนโทรเมียร์ = 6 ตำแหน่ง
นี่คือจุดที่เราจะเริ่มต้นการเดินทางของการแบ่งเซลล์กันนะครับ!
Mitosis:
การแบ่งเซลล์เพื่อการเจริญเติบโตและการซ่อมแซม
เป้าหมายของ Mitosis
คือการทำให้ "เซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์กลายเป็นเซลล์ดิพลอยด์สองเซลล์" ที่เหมือนกันทุกประการ (ในมนุษย์จะได้เซลล์ที่มี 46
โครโมโซมเท่าเดิม) กระบวนการนี้จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตและการทดแทนเซลล์ที่เสียหาย
มาดูการเปลี่ยนแปลงของตัวเลขในแต่ละขั้นกันนะครับ โดยจะใช้ตัวเลขจากเซลล์เริ่มต้น 2n
= 6 โครโมโซม (ที่มี 12
โครมาทิด และ 6
เซนโทรเมียร์)
- Prophase (ระยะโปรเฟส):
- ในระยะนี้ โครโมโซมจะเริ่ม "ขดตัวและหนาขึ้น" ทำให้มองเห็นได้ชัดเจนขึ้น
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข:
- โครโมโซม: ยังคง 6 แท่ง
- โครมาทิด: ยังคง 12 โครมาทิด
- เซนโทรเมียร์: ยังคง 6 ตำแหน่ง
- ยังไม่มีการเปลี่ยนแปลงจำนวนใดๆ ที่เป็นสาระสำคัญในแง่ของตัวเลขโครโมโซม/โครมาทิดโดยรวมครับ
- Metaphase (ระยะเมตาเฟส):
- ในระยะนี้ โครโมโซมจะ "เรียงตัวอยู่ตรงกลางเซลล์เป็นแนวเดี่ยว" (จำง่ายๆ ว่า M for Middle)
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข:
- โครโมโซม: ยังคง 6 แท่ง
- โครมาทิด: ยังคง 12 โครมาทิด
- เซนโทรเมียร์: ยังคง 6 ตำแหน่ง
- จำนวนยังคงไม่เปลี่ยนแปลงครับ เพียงแต่จัดระเบียบการเรียงตัวเท่านั้น
- Anaphase (ระยะแอนาเฟส):
- นี่คือจุดสำคัญที่มีการเปลี่ยนแปลงตัวเลขอย่างชัดเจน! "A for Away" ในระยะนี้ "ซิสเตอร์โครมาทิดจะถูกดึงแยกออกจากกัน" ไปยังคนละขั้วของเซลล์โดยเส้นใยสปินเดิล
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข:
- เมื่อซิสเตอร์โครมาทิดแยกออกจากกัน แต่ละซิสเตอร์โครมาทิดที่แยกตัวออกมาจะ "ถูกนับว่าเป็นโครโมโซมแท่งใหม่" ครับ!
- ดังนั้น จากเดิมที่มี 6 โครโมโซม (แต่ละแท่งมี 2 โครมาทิด) โครมาทิดทั้ง 12 อันจะแยกออกจากกัน และกลายเป็นโครโมโซม 12 แท่งชั่วคราวภายในเซลล์เดียวกัน
- โครโมโซม: 12 แท่ง (ชั่วคราว)
- โครมาทิด: 0 โครมาทิด ที่ติดกันเป็นคู่ (เพราะทั้งหมดแยกกันหมดแล้ว แต่ละอันกลายเป็นโครโมโซมเดี่ยว)
- เซนโทรเมียร์: 12 ตำแหน่ง (เพราะโครโมโซมแต่ละแท่งที่แยกกันแล้วก็มีเซนโทรเมียร์ของตัวเอง)
- ระยะ Anaphase จึงเป็นระยะเดียวที่จำนวนโครโมโซมและเซนโทรเมียร์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า "ชั่วคราว" ก่อนที่เซลล์จะแบ่งตัวเสร็จสิ้น
- Telophase (ระยะเทโลเฟส) และ Cytokinesis (การแบ่งไซโทพลาซึม):
- ในระยะ Telophase โครโมโซมจะไปถึงขั้วตรงข้ามของเซลล์และเริ่มคลายตัว นิวเคลียสใหม่จะก่อตัวขึ้นรอบๆ กลุ่มโครโมโซมทั้งสองชุด
- ตามมาด้วย Cytokinesis ซึ่งเป็นการ "แบ่งไซโทพลาซึม" ทำให้เซลล์แม่หนึ่งเซลล์แบ่งออกเป็นสองเซลล์ลูกอย่างสมบูรณ์
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข (ในแต่ละเซลล์ลูกที่เกิดขึ้น):
- โครโมโซม: 6 แท่ง (เซลล์ลูกแต่ละเซลล์จะได้รับโครโมโซมไปคนละครึ่ง จาก 12 แท่งที่เคยอยู่รวมกันชั่วคราว)
- โครมาทิด: 6 โครมาทิด (เนื่องจากโครโมโซมแต่ละแท่งในเซลล์ลูกเป็นโครโมโซมเดี่ยว คือมี 1 โครมาทิด)
- เซนโทรเมียร์: 6 ตำแหน่ง
- ผลลัพธ์สุดท้าย: เราได้ "เซลล์ดิพลอยด์สองเซลล์" ที่เหมือนกันทุกประการ โดยแต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซม (2n = 6) เท่ากับเซลล์เริ่มต้น (ก่อนการจำลองใน Interphase) และมีโครโมโซมเป็นแบบโครมาทิดเดี่ยวแล้ว นี่แหละครับคือการที่เซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์กลายเป็นสองเซลล์ดิพลอยด์ที่เหมือนกัน!
Meiosis:
การแบ่งเซลล์เพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์
เป้าหมายของ Meiosis
คือการทำให้ "เซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์กลายเป็นเซลล์แฮพลอยด์สี่เซลล์" ที่ไม่เหมือนกัน
(Gametes เช่น
อสุจิและไข่) โดยเซลล์ลูกจะมีจำนวนโครโมโซมเพียง "ครึ่งหนึ่ง"
ของเซลล์เริ่มต้น (ในมนุษย์จะได้เซลล์ที่มี 23
โครโมโซม)
Meiosis เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนกว่า Mitosis
เพราะมี "การแบ่งตัวสองครั้ง" (Meiosis I และ Meiosis
II)
Meiosis
I (การแบ่งแบบลดจำนวน): เป้าหมายของ
Meiosis I คือการทำให้เซลล์ดิพลอยด์ (2n)
หนึ่งเซลล์ กลายเป็นเซลล์แฮพลอยด์ (n)
สองเซลล์ แต่โครโมโซมในเซลล์ลูกยังคงมี 2
โครมาทิด
- Prophase I (ระยะโปรเฟส I):
- โครโมโซมจะขดตัวและหนาขึ้น แต่สิ่งที่พิเศษมากๆ ในระยะนี้คือ "โครโมโซมคู่เหมือน (homologous chromosomes)" จะมาจับคู่กัน และอาจเกิดการ "ไขว้เปลี่ยนชิ้นส่วนโครโมโซม (crossing over)" ซึ่งทำให้เกิดการผสมผสานทางพันธุกรรม (recombinant chromosomes)
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข:
- โครโมโซม: ยังคง 6 แท่ง
- โครมาทิด: ยังคง 12 โครมาทิด
- เซนโทรเมียร์: ยังคง 6 ตำแหน่ง
- แม้มีการจับคู่และการไขว้เปลี่ยน แต่จำนวนโครโมโซม โครมาทิด และเซนโทรเมียร์โดยรวมของเซลล์ยังไม่เปลี่ยนแปลงครับ
- Metaphase I (ระยะเมตาเฟส I):
- "โครโมโซมคู่เหมือน" จะเรียงตัวกันอยู่ "ตรงกลางเซลล์เป็นคู่ๆ" ไม่ใช่เป็นแถวเดี่ยวเหมือนใน Mitosis
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข:
- โครโมโซม: ยังคง 6 แท่ง
- โครมาทิด: ยังคง 12 โครมาทิด
- เซนโทรเมียร์: ยังคง 6 ตำแหน่ง
- จำนวนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เพียงแต่จัดระเบียบการเรียงตัวเป็นคู่ๆ ครับ
- Anaphase I (ระยะแอนาเฟส I):
- "A for Away" ในระยะนี้ "โครโมโซมคู่เหมือนจะถูกดึงแยกออกจากกัน" ไปยังคนละขั้วของเซลล์ครับ สิ่งสำคัญคือ "ซิสเตอร์โครมาทิดยังคงติดกันอยู่"
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข:
- โครโมโซม: เดิมมี 6 โครโมโซม (แต่ละแท่งมี 2 โครมาทิด) ที่จับคู่กัน 3 คู่ เมื่อคู่เหมือนแยกจากกัน โครโมโซม 3 แท่งจะไปที่ขั้วหนึ่ง และอีก 3 แท่งจะไปอีกขั้วหนึ่ง
- ดังนั้น จำนวนโครโมโซมในแต่ละขั้วของเซลล์จะลดลงครึ่งหนึ่ง แต่ละโครโมโซมยังคงมี 2 โครมาทิด
- โครโมโซม: 6 แท่ง (ทั้งเซลล์ยังคงมี 6 แท่งที่กำลังเคลื่อนที่ออกจากกัน)
- โครมาทิด: ยังคง 12 โครมาทิด (เพราะโครโมโซมแต่ละแท่งยังมี 2 โครมาทิด)
- เซนโทรเมียร์: ยังคง 6 ตำแหน่ง
- แม้ตัวเลขโดยรวมในเซลล์ยังคงเดิม แต่ในแง่ของ "ชุดโครโมโซม" นั้นกำลังลดลง เพราะโครโมโซมคู่เหมือนกำลังแยกจากกัน
- Telophase I (ระยะเทโลเฟส I) และ Cytokinesis (การแบ่งไซโทพลาซึม):
- โครโมโซมไปถึงขั้วตรงข้าม นิวเคลียสใหม่ก่อตัว และเซลล์แบ่งออกเป็นสองเซลล์
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข (ในแต่ละเซลล์ลูกที่เกิดขึ้น):
- โครโมโซม: 3 แท่ง (n = 3) ครับ! นี่คือ "การลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง" จากเซลล์เริ่มต้น 2n = 6 ซึ่งทำให้เซลล์กลายเป็น "เซลล์แฮพลอยด์" แล้ว แต่ละโครโมโซมยังคงมี 2 ซิสเตอร์โครมาทิด
- โครมาทิด: 6 โครมาทิด (มาจาก 3 โครโมโซม x 2 โครมาทิด/โครโมโซม)
- เซนโทรเมียร์: 3 ตำแหน่ง
- ผลลัพธ์สุดท้ายของ Meiosis I: เราได้ "เซลล์แฮพลอยด์สองเซลล์" ที่มีโครโมโซมแบบจำลองแล้ว (คือแต่ละแท่งมี 2 โครมาทิด)
Meiosis
II (การแบ่งแบบคงจำนวน): เป้าหมายของ
Meiosis II คือการทำให้เซลล์แฮพลอยด์ (n)
สองเซลล์ที่มีโครโมโซมแบบจำลองแล้ว กลายเป็นเซลล์แฮพลอยด์ (n)
สี่เซลล์ ที่มีโครโมโซมแบบโครมาทิดเดี่ยว กระบวนการนี้ "คล้ายคลึงกับ
Mitosis" มากครับ
มาดูการเปลี่ยนแปลงของตัวเลขในแต่ละขั้นของ Meiosis
II โดยเริ่มต้นจากเซลล์ลูกที่ได้จาก Meiosis
I (แต่ละเซลล์มี 3
โครโมโซม, 6 โครมาทิด,
3 เซนโทรเมียร์):
- Prophase II (ระยะโปรเฟส II):
- โครโมโซมจะขดตัวอีกครั้ง ไม่มีการจับคู่ของโครโมโซมคู่เหมือน หรือการไขว้เปลี่ยนชิ้นส่วนโครโมโซมเหมือนใน Prophase I
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข (ในแต่ละเซลล์):
- โครโมโซม: ยังคง 3 แท่ง
- โครมาทิด: ยังคง 6 โครมาทิด
- เซนโทรเมียร์: ยังคง 3 ตำแหน่ง
- ยังไม่มีการเปลี่ยนแปลงจำนวนใดๆ ที่เป็นสาระสำคัญครับ
- Metaphase II (ระยะเมตาเฟส II):
- โครโมโซมจะเรียงตัว "ตรงกลางเซลล์เป็นแนวเดี่ยว" คล้ายกับ Metaphase ใน Mitosis เลยครับ
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข (ในแต่ละเซลล์):
- โครโมโซม: ยังคง 3 แท่ง
- โครมาทิด: ยังคง 6 โครมาทิด
- เซนโทรเมียร์: ยังคง 3 ตำแหน่ง
- จำนวนยังคงไม่เปลี่ยนแปลงครับ
- Anaphase II (ระยะแอนาเฟส II):
- "A for Away" ในระยะนี้ "ซิสเตอร์โครมาทิดจะถูกดึงแยกออกจากกัน" ไปยังคนละขั้วของเซลล์
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข (ในแต่ละเซลล์):
- เมื่อซิสเตอร์โครมาทิดแยกออกจากกัน แต่ละซิสเตอร์โครมาทิดจะถูกนับว่าเป็นโครโมโซมแท่งใหม่
- ดังนั้น จากเดิมที่มี 3 โครโมโซม (แต่ละแท่งมี 2 โครมาทิด) โครมาทิดทั้ง 6 อันจะแยกออกจากกัน และกลายเป็นโครโมโซม 6 แท่งชั่วคราวภายในแต่ละเซลล์
- โครโมโซม: 6 แท่ง (ชั่วคราว)
- โครมาทิด: 0 โครมาทิด ที่ติดกันเป็นคู่
- เซนโทรเมียร์: 6 ตำแหน่ง
- คล้ายกับ Anaphase ใน Mitosis คือจำนวนโครโมโซมและเซนโทรเมียร์จะเพิ่มขึ้นชั่วคราวเป็นสองเท่า
- Telophase II (ระยะเทโลเฟส II) และ Cytokinesis (การแบ่งไซโทพลาซึม):
- โครโมโซมไปถึงขั้วตรงข้าม นิวเคลียสใหม่ก่อตัว และ Cytokinesis จะทำให้แต่ละเซลล์แบ่งออกเป็นสองเซลล์ลูก
- การเปลี่ยนแปลงตัวเลข (ในแต่ละเซลล์ลูกที่เกิดขึ้น):
- โครโมโซม: 3 แท่ง (n = 3) (แต่ละเซลล์ลูกจะได้รับโครโมโซมไปคนละครึ่ง จาก 6 แท่งที่เคยอยู่รวมกันชั่วคราว)
- โครมาทิด: 3 โครมาทิด (เนื่องจากโครโมโซมแต่ละแท่งในเซลล์ลูกเป็นโครโมโซมเดี่ยว คือมี 1 โครมาทิด)
- เซนโทรเมียร์: 3 ตำแหน่ง
- ผลลัพธ์สุดท้ายของ Meiosis: เราได้ "เซลล์แฮพลอยด์สี่เซลล์" ที่ไม่เหมือนกันเลย (เนื่องจากมีการไขว้เปลี่ยนชิ้นส่วนใน Meiosis I) และแต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซมเพียง "ครึ่งเดียว" ของเซลล์เริ่มต้น นี่คือการที่เซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์กลายเป็นสี่เซลล์แฮพลอยด์ครับ! เซลล์เหล่านี้คือเซลล์สืบพันธุ์ (Gametes) นั่นเอง
สรุปตารางการเปลี่ยนแปลงตัวเลข (ใช้เซลล์เริ่มต้น 2n
= 6 โครโมโซม):
|
ระยะการแบ่งเซลล์ |
Mitosis (โครโมโซม, โครมาทิด, เซนโทรเมียร์) |
Meiosis I (โครโมโซม, โครมาทิด, เซนโทรเมียร์) |
Meiosis II (โครโมโซม, โครมาทิด, เซนโทรเมียร์ ต่อเซลล์) |
|
เริ่มต้น (หลัง Interphase) |
6, 12, 6 |
6, 12, 6 |
(ยังไม่มี) |
|
Prophase/Prophase
I/II |
6, 12, 6 |
6, 12, 6 |
3, 6, 3 |
|
Metaphase/Metaphase
I/II |
6, 12, 6 |
6, 12, 6 |
3, 6, 3 |
|
Anaphase/Anaphase
I/II |
12 (ชั่วคราว),
0, 12 |
6 (ชั่วคราว),
12, 6 |
6 (ชั่วคราว),
0, 6 |
|
Telophase/Telophase
I/II & Cytokinesis (ผลลัพธ์ต่อเซลล์ลูก) |
6, 6, 6 (ได้
2 เซลล์ดิพลอยด์เหมือนกัน) |
3, 6, 3 (ได้
2 เซลล์แฮพลอยด์ที่มีโครโมโซมแบบจำลอง) |
3, 3, 3 (ได้
4 เซลล์แฮพลอยด์ที่ไม่เหมือนกัน) |
หวังว่าการแสดงตัวเลขอย่างละเอียดเป็นขั้นเป็นตอนนี้จะช่วยให้นักเรียนเข้าใจความแตกต่างของ Mitosis
และ Meiosis
ได้อย่างชัดเจนนะครับ! การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม โครมาทิด และเซนโทรเมียร์ คือกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าทำไม Mitosis
จึงได้เซลล์ที่เหมือนเดิมเพื่อการเจริญเติบโต และทำไม Meiosis
จึงได้เซลล์สืบพันธุ์ที่มีโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่งเพื่อการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศครับ!
Comments
Post a Comment