1. 개요
減數分裂 meiosis
명칭은 딸세포의 염색체 수(혹은 핵상)이 반절로 줄어드는데에서 유래했다.
감수분열은 생식자를 형성하기 위한 세포 분열로서, 분열이 2회 연속해 일어나기 때문에 염색체의 수가 반으로 줄어들고 딸세포가 4개 형성된다. 또한 체세포 분열과는 달리 2가염색체라는 상동염색체 두 개가 붙은 모습이 등장한다.
교육부에서는 감수 분열을 다른 용어로 '생식 세포 분열'이라고도 표현한다.
2. 감수분열의 의의
염색체 수가 체세포의 절반인 암수 생식자의 결합으로 형성된 수정란의 염색체 수는 체세포의 염색체 수와 같다. 따라서 자손의 염색체 수는 부모의 염색체 수와 같게 된다. 생식자가 형성될 때 감수 분열이 일어남으로써 세대를 거듭하여도 생식물의 염색체 수가 일정하게 유지 된다.2.1. 생식자 형성
감수분열은 생식자(배우자, gamete), 즉 동물로 따지면 정자와 난자를 형성하는 것을 목표로 한다.분열이 2회 연속으로 일어나는 이유는 다음 세대에 가더라도 염색체의 수를 일정하게 유지하기 위해서이다. 만약 감수분열이 일어나지 않은 상태에서 수정이 일어난다면 정자의 핵상이 2n, 난자도 2n인 상태에서 수정되므로 수정란은 4n의 핵상을 갖게되어 자손은 부모와 다른 종이 된다.
2.2. 유전적 다양성
감수분열은 유전적 다양성을 증가시켜 생물종이 환경에 잘 적응하게 하는 것에도 그 목적이 있다. 아래 나오는 내용은 유성생식의 의의와 일맥상통하는 면이 있다.첫째, 감수 제1분열 중기에 상동 염색체 쌍은 무작위적으로 배열된다.
상동 염색체 쌍의 무작위적인 배열과 분리로 인해 딸세포는 하나의 상동 염색체 쌍에 대해 2가지 경우의 수를 갖게된다.[1]
둘째, 감수 제1분열 중기에 각 상동 염색체 쌍은 독립적으로 분리된다.
각 상동 염색체 쌍의 분리는 서로 영향을 미치지 않고 독립적으로 일어나기 때문에, 총 n쌍의 상동 염색체 쌍을 갖는 세포의 경우 딸세포가 가질 수 있는 총 염색체 조합의 수는 2^n이다.[2] 즉, 인간의 경우 상동 염색체 쌍이 23쌍이므로 생식자가 가질 수 있는 총 염색체 조합의 수는 2^23이다.[3]
셋째, 감수 제1분열 중기에서 상동염색체끼리 접합해 2가염색체를 형성 할 때 두 염색체 사이에서 일부를 교환하는 교차 현상까지 일어나 더욱 더 다양한 경우의 수가 발생할 수 있다.[4]
더 나아가자면, 감수분열과 더불어 정자와 난자의 무작위적 수정으로 인해 두 사람의 자손만 보더라도 다양한 개성을 가진 자손들이 태어날 수 있게 되는 것이다. 이런 경우 환경이 급격하게 변하게 되더라도, 변한 환경에서 생존할 수 있는 자손들이 살아남아 멸종을 피할 수도 있게되는 것이다.
2.2.1. 유전자 재조합
생물의 유전자 구성이 바뀌는 것을 유전자 재조합(genetic recombination) 또는 재조합이라고 한다. 수평적 운전자 전달인 접합, 형질전환, 형질도입 등에 의해 일어날 수 있다. 분자생물학 기법에 의해 생성된 재조합 DNA도 유전자 재조합의 일종이다.감수분열에서 엄마 유전자 한 벌과 아빠 유전자 한 벌을 섞는 것과 교차(crossover)도 재조합의 일종이다.
3. 과정
과정은 크게 2가염색체가 분리되는 감수1분열과 염색분체가 분리되는 감수2분열로 나눌 수 있다.감수 1분열에서 2n->n으로 염색체 수 반감하고 딸세포를 2배로 만든다. 이는 본래 1개 였으므로 딸세포를 2개로 만든 셈이다.
감수 2분열에서 n->n으로 염색체 수 유지한다 이때 딸세포가 2배로 늘어 4개가 형성된다.
3.1. 감수1분열(이형분열)
감수1분열 전기에는 널려있던 염색사들이 꼬이고 응축되며 염색체가 나타난다. 이 과정에서 체세포 분열과는 달리 상동염색체끼리 접합해 2가염색체를 형성한다. 이때, 두 상동염색체 사이에서 유전자를 교환하는 교차가 일어난다. 또, 핵막과 인이 사라지고 방추사가 형성되어 2가염색체에 붙는다.중기에는 2가염색체들이 세포의 적도면에 보기 좋게 배열된다.[5]
이후엔 곧바로 후기로 넘어가게 되는데, 방추사가 짧아지면서 각각의 상동염색체를 자기 쪽으로 끌고가 2가염색체가 분리된다.
말기에는 세포질 분열이 일어나고 핵막이 나타나면서 감수1분열이 종료되는데, 체세포 분열이 종료 되었을 때와는 달리 염색체가 염색사로 풀리지 않는다.
감수1분열은 시작 할 때와 끝날 때의 염색체 수가 다르므로 이형분열이라는 명칭을 사용하기도 한다. 감수1분열이 완료되었을 때, 모세포와 비교하여 딸세포의 염색체 수는 절반으로 줄어든다. 그러나 유전물질의 양은 딸세포와 모세포가 같다.
3.2. 감수2분열(동형분열)
전기에 핵막이 사라지며 곧바로 분열이 시작된다. 감수1분열과는 달리 염색사로 풀려있지 않고 염색체 상태로 남아있기 때문에 곧바로 시작된다. 방추사가 염색체의 동원체에 붙는다.중기에는 감수1분열과 마찬가지로 염색체들이 세포의 적도면에 옹기종기 모인다. 그 후 곧바로 후기로 넘어가, 방추사들이 짧아지며 염색분체를 자기 쪽으로 끌어당긴다.
말기에는 다시 핵막과 인이 나타나며, 감수1분열과는 달리 염색체가 염색사로 풀린다. 그 후 세포질 분리가 일어나며 감수분열이 종료된다.
감수2분열의 경우 감수1분열과 달리 시작시와 종료시의 염색체 수가 같으므로 동형분열이라고 부른다. 감수2분열만 따진다면 모세포와 비교해 딸세포는 염색체 수와 유전물질의 양은 반으로 줄어든다. 그리고 마침내 새로운 생식 세포가 형성된다.
3.3. 1분열과 2분열의 차이점
제1감수분열은 2가염색체(또는 4분염색체)가 형성되는 분열로서, 상동염색체가 분리되는 분열이다. 그러므로 배수성이 2n에서 n으로 바뀐다.(이형분열) 따라서 이형분열은 세포의 염색체 수와 dna량(염색분체 수)이 모두 반으로 감소한다.그러나 제2감수분열은 상동관계가 사라진 염색체들의 염색 분체가 나뉘는 분열이므로, 배수성이 변하지 않는다.(동형분열) 따라서 동형분열은 유전자량, 즉 염색분체수는 반으로 감소하지만 전체 염색체 수는 감소하지 않는다.
4. 같이 보기
[1] 부계 염색체를 갖는 경우와 모계 염색체를 갖는 경우 총 2가지[2] 2*2*2*...[3] 이는 약 840만이다.[4] 반드시 일어나지는 않고 하나의 상동염색체 쌍당 평균 1-2회 일어난다.[5] 이 시기가 관찰하기에 매우 적당하나 매우 짧은 시간 동안만 유지되므로 그만큼 포착하기 힘들다. 이는 체세포분열에서도 마찬가지이다.