La divisione cellulare e la riproduzione

Quello che rende speciali gli esseri viventi è la loro capacità di riprodursi - e tutto parte dalla divisione cellulare. Quando una cellula si divide, crea due cellule figlie geneticamente identiche duplicando prima il suo DNA.

Esistono due tipi di riproduzione: quella asessuata (come nei batteri, dove un genitore unico si divide creando copie identiche) e quella sessuata (che richiede spermatozoo e cellula uovo). Nella riproduzione sessuata, i gameti si formano attraverso la meiosi e hanno metà del patrimonio genetico.

I procarioti si riproducono tramite scissione binaria: il loro unico cromosoma circolare si duplica, la cellula raddoppia di dimensioni e la membrana si ripiega dividendo tutto in due.

💡 Ricorda: Negli organismi pluricellulari, la divisione cellulare non serve solo per riprodursi, ma anche per sostituire cellule morte e far crescere l'organismo!

I cromosomi degli eucarioti e il ciclo cellulare

Le cellule eucarioti sono molto più complesse! I loro geni sono racchiusi nei cromosomi dentro il nucleo. Per la maggior parte del tempo, questi cromosomi esistono come cromatina - una massa di fibre sottili di DNA e proteine.

Quando la cellula si prepara alla divisione, la cromatina si spiralizza e forma cromosomi ben visibili. Prima della divisione, ogni cromosoma viene duplicato creando due cromatidi fratelli uniti dal centromero.

Il ciclo cellulare ha due fasi principali: l'interfase (90% del tempo, quando la cellula cresce e duplica il DNA) e la fase mitotica (10% del tempo, quando avviene la divisione vera e propria). L'interfase include tre sottofasi: G1 (crescita), S (sintesi del DNA) e G2 (preparazione alla divisione).

💡 Curiosità: Il nome "cromosoma" deriva dal greco e significa "corpo colorato" - perché assorbono bene i coloranti!

Le fasi della mitosi

La mitosi è un processo continuo diviso in cinque stadi principali. Durante l'interfase, i cromosomi sono già duplicati ma non ancora visibili, e compaiono due centrosomi nel citoplasma.

Nella profase, la cromatina si spiralizza formando cromosomi distinti e inizia a formarsi il fuso mitotico. La prometafase vede la frammentazione dell'involucro nucleare e l'attacco dei microtubuli ai cromosomi tramite i cinetocori.

Durante la metafase (la fase più lunga), i cromosomi si allineano sul piano equatoriale della cellula. Nell'anafase (la più breve), i cromatidi fratelli si separano e migrano verso i poli opposti. Infine, la telofase ricostruisce due nuclei distinti.

💡 Trucco per ricordare: Pensa alle fasi come PPMAT - Profase, Prometafase, Metafase, Anafase, Telofase!

Dalla telofase alla meiosi

La mitosi si conclude con la citodieresi, quando il citoplasma si divide completamente formando due cellule figlie identiche. Questo processo avviene diversamente nelle cellule animali e vegetali.

Ma c'è un altro tipo di divisione: la meiosi! Le cellule del nostro corpo sono di due tipi: somatiche (con 46 cromosomi organizzati in 23 coppie) e gameti (con 23 cromosomi singoli).

Le cellule somatiche sono diploidi $2n=46$ perché hanno due set completi di cromosomi. I cromosomi omologhi sono coppie di cromosomi con gli stessi geni nella stessa posizione. 22 coppie sono autosomi, mentre la 23ª coppia determina il sesso: XX per le femmine, XY per i maschi.

💡 Importante: I gameti devono essere aploidi $n=23$ perché quando si uniscono nella fecondazione riportano il numero a 46!

La meiosi: dalle cellule diploidi agli aploidi

La meiosi trasforma cellule diploidi immature in gameti aploidi maturi attraverso due divisioni successive. Inizia con un'interfase dove il DNA viene duplicato, proprio come nella mitosi.

La Meiosi I (fase riduzionale) separa i cromosomi omologhi in cellule diverse. La Meiosi II (fase equazionale) funziona come una mitosi normale, separando i cromatidi fratelli.

Nella Profase I succede qualcosa di incredibile: i cromosomi omologhi si affiancano formando tetradi e avviene il crossing over - uno scambio di materiale genetico tra cromatidi non fratelli. Questo aumenta enormemente la variabilità genetica!

La Metafase I vede le tetradi allinearsi sul piano equatoriale, mentre nell'Anafase I i cromosomi omologhi si separano definitivamente.

💡 Punto chiave: Il crossing over è fondamentale per creare diversità genetica - ecco perché non somigli esattamente ai tuoi genitori!

Meiosi II e le fonti della variabilità genetica

La Meiosi II completa il processo con fasi simili alla mitosi: Profase II, Metafase II, Anafase II e Telofase II. Alla fine, da una cellula diploide otteniamo quattro gameti aploidi geneticamente diversi.

La variabilità genetica è cruciale per l'evoluzione e deriva da tre fonti principali. La prima è la disposizione casuale dei cromosomi durante la Metafase I - nelle cellule umane questo crea oltre 8 milioni di combinazioni possibili!

La seconda fonte è la fecondazione stessa: l'incontro casuale di uno spermatozoo specifico con una cellula uovo crea 64 miliardi di combinazioni possibili per ogni zigote.

💡 Calcolo interessante: Il numero di combinazioni possibili è 2^n, dove n è il numero aploide - per l'uomo è 2^23 = 8.388.608!

Il crossing over e gli alleli

La terza e più affascinante fonte di variabilità è il crossing over durante la Profase I. I cromatidi non fratelli si scambiano segmenti, creando cromosomi ricombinanti con nuove combinazioni geniche.

Prendiamo l'esempio degli alleli - le diverse versioni di uno stesso gene. Se consideriamo il gene per il colore del pelo $C=scuro, c=chiaro$ e quello per il colore degli occhi $E=neri, e=chiari$, il crossing over può creare quattro tipi di gameti: CE, Ce, cE, ce.

I primi e gli ultimi sono cromosomi parentali (mantenevano la combinazione originale), mentre Ce e cE sono cromosomi ricombinanti (nuove combinazioni create dal crossing over). Solitamente possono verificarsi fino a 3 chiasmi tra due cromosomi.

💡 Ricorda: Gli alleli sono come diverse "versioni" dello stesso gene - ecco perché hai caratteristiche uniche derivate da entrambi i genitori!