Il complesso meccanismo della riproduzione sessuata e la gestione dei cromosomi

Il problema dei cromosomi

La riproduzione sessuata pone subito un problema pratico: mantenere il numero corretto di cromosomi. Abbiamo già visto che la maggior parte delle cellule nel corpo umano contiene 46 cromosomi. Dunque, se un essere umano ha origine dall'unione di uno spermatozoo di un uomo e un ovulo di una donna, perché il bambino che nascerà non avrà cellule con 92 cromosomi (46 da ogni genitore)? E se quel figlio si riproduce, la generazione successiva non dovrebbe avere 184 cromosomi?

La formazione dei gameti

In realtà, il numero di cromosomi non raddoppia a ogni generazione e ciò accade perché le cellule coinvolte nella riproduzione sessuata (spermatozoi e ovuli) non sono diploidi, ma cellule aploidi (z): contengono cioè solo una sola serie di cromosomi anziché due. Queste cellule aploidi, chiamate gameti, sono le cellule sessuali che si combinano per formare un nuovo individuo.

Il ruolo dello zigote

La fecondazione unisce i gameti dei due genitori creando una nuova cellula, lo zigote diploide, che è la prima cellula di un nuovo organismo. Lo zigote è dotato di due serie di cromosomi, una da ciascun genitore. Nella maggior parte delle specie, incluse piante e animali, lo zigote comincia a dividersi per mitosi appena dopo la fecondazione.

Mitosi e meiosi

Quindi, un organismo pluricellulare che si riproduce per via sessuata ha bisogno di due meccanismi che distribuiscono il DNA nelle cellule figlie. La mitosi suddivide i cromosomi di una cellula eucariotica in due identiche cellule figlie. La divisione cellulare per mitosi produce le cellule necessarie per la crescita, lo sviluppo e la riparazione dei tessuti. La meiosi forma i gameti, cellule geneticamente diverse usate nella riproduzione; ogni gamete contiene la metà dei cromosomi delle cellule diploidi dell'organismo.

Cellule germinali e somatiche

Solo alcune cellule possono dividersi per mitosi e produrre gameti. Ne gli esseri umani e negli altri animali, queste speciali cellule diploidi, chiamate cellule germinali, sono presenti solo nelle ovaie e nei testicoli Nelle piante, le cellule specializzate nella produzione di gameti si trovano nei fiori e in altre parti dell'organismo addette alla riproduzione. Il resto delle cellule diploidi del corpo, chiamate cellule somatiche, non partecipa direttamente alla riproduzione. Le cellule delle foglie, delle radici, dei muscoli, della pelle e del sistema nervoso sono esempi di cellule somatiche. La maggior parte delle cellule somatiche può dividersi per mitosi, ma non per meiosi.

Il ciclo di vita umano

Per capire meglio questo processo, consideriamo l'origine di una vita umana che comincia quando un piccolo spermatozoo paterno, che possiede 23 cromosomi, si fa strada fino all'enorme ovulo materno, che contiene anch'esso 23 cromosomi. Il momento del concepimento dello zio coincide con la fecondazione dell'ovulo da parte spermatozoo per formare uno zigote unicellulare, con 46 cromosomi. Questa prima cellula comincia a dividersi per mitosi generando un embrione, poi un feto, un neonato, un bambino e quindi un adulto. Una volta raggiunta la maturità sessuale, le cellule diploidi nei testicoli o nelle ovaie produrranno a loro volta gameti aploidi. I gameti rappresentano le uniche cellule aploidi nel nostro ciclo di vita; tutte le altre cellule sono diploidi. In natura, molti animali si riproducono nel nostro stesso modo, ma la riproduzione sessuata può assumere molte altre forme. Per esempio in alcuni organismi, tra cui le piante, sia la fase aploide sia quella diploide sono pluricellulari.

Funzioni della meiosi

In tutte le specie, la meiosi porta a due risultati. Prima di tutto, i gameti prodotti per meiosi contengono la metà dei cromosomi rispetto al resto delle cellule del corpo, evitando che il numero di cromosomi raddoppia a ogni nuova generazione. La seconda funzione della meiosi è di rimescolare l'informazione genetica, così che due genitori generino figli geneticamente diversi dai genitori stessi e fra loro.

Differenze tra mitosi e meiosi

Malgrado la meiosi abbia funzioni diverse rispetto alla mitosi, molte fasi dei due processi sono simili e condividono esattamente gli stessi nomi. Per esempio, come la mitosi, anche la meiosi è preceduta dall'interfase e la distribuzione del materiale genetico è seguita dalla citodieresi. Nonostante queste somiglianze, la meiosi ha due caratteristiche proprie. La meiosi include due divisioni che portano alla formazione di quattro cellule aploidi a partire da una cellula diploide specializzata. Inoltre, il processo mediatico rimescola l'informazione genetica, in modo che ogni nucleo aploide riceva una combinazione unica di alleli.