• 问:真核细胞无丝分裂能将核DNA精准的平均分配到两个子细胞中吗?
  • 答:不能。

(注:我们这里讨论的无丝分裂不含原核细胞分裂方式。虽然有些资料上会将原核细胞的分裂归到无丝分裂中,但是高中阶段的大部分资料大都不这样处理,而是狭义的将无丝分裂归为真核细胞的分裂方式之一。我们这里采用的是高中阶段的狭义概念,不把原核细胞二分裂归到无丝分裂中。为避免争议,本文中的“无丝分裂”特指真核细胞中的无丝分裂,原核细胞分裂方式使用“二分裂”一词。

1.染色体形态和“有丝”对遗传物质均分很重要

有丝分裂可将核DNA精准的平均分配到两个子细胞中。有丝分裂这个过程核DNA复制一次,细胞分裂一次,以此保证亲子代细胞中核遗传物质的稳定。高中课本强调,有丝分裂的意义是将染色体DNA“精准的平均分配到两个子细胞中”。要实现这个过程,长长的DNA细丝必须要发生形态上的变化。

细胞核中的遗传物质有两种存在形式,染色质和染色体。染色质松散的状态有利于酶结合,进行DNA复制和转录,但是不利于遗传物质的分配。染色体状态是染色质高度螺旋化的结构,有利于分配但不利于DNA指导细胞工作。这好比,长长的毛线方便我们在其内部做点啥,比如剪开或者打个结,但是却不利于分配。毛线团恰好相反,有利于分配却不利于搞事情,要搞也只能在外圈很有限的来几下。

如果一个高度分化的细胞不需要进行分裂,遗传物质无需再分配,那就只以染色质的状态存在就好了。我们可以说,染色质是核DNA的工作形态,而染色体是核DNA的物质分配状态

有丝分裂过程核遗传物质的变化过程我们可以这么来看。

染色质状态DNA复制,螺旋化为染色体状态方便分配,在丝的牵引下在细胞中间排好队,时机一到,染色体上着丝点分裂,再在丝的作用下移向两极,之后恢复为染色质,进入工作状态。

图1:有丝分裂模式图,图片源自高中生物课本必修Ⅰ

以上是为了方便大家理解而进行的很粗糙的说明。真核细胞不分裂就不需要进入染色体状态,进入染色体是为了染色体遗传物质精准分配。

2.无丝分裂对遗传物质均分的要求比较低

如果细胞中有些细胞并不太需要遗传物质均分,或者说遗传物质是否均分对细胞的生命活动并无太大影响,细胞随便分分就好了。

无丝分裂在高等植物的营养丰富部位普遍存在,最明显的就是表皮细胞与胚乳细胞等,肿瘤细胞在快速分裂过程中也存在无丝分裂。除此之外,有些高度分化的细胞,如蛙的红细胞等,也可以进行无丝分裂。

有丝分裂要确保核遗传物质均分,但这并不是无丝分裂的目的。无丝分裂不直接服务于遗传,不太在乎遗传物质是否精准分配。

图2:无丝分裂,图片源自高中生物课本必修Ⅰ

无丝分裂对遗传物质均分的要求低,这不一定是坏事,要求低有要求低的好处。两个人聊天都用拼音输入法,如果开启了模糊输入,甚至允许使用错别字的话,打字交流的速度肯定会有提升。目的不同,采取的策略也不同。对生物来说,不用最好,够用就行。

3.为什么原核细胞二分裂遗传物质可以均分?

原核细胞的分裂方式一般被简单称为二分裂。二分裂过程没有丝,也没有染色质染色体形态的变化过程,但是由于原核细胞的拟核是一个大的环状的DNA分子,其拟核遗传物质也能精准分配。

图3:高中生物课本必修Ⅰ课本节选

想象一下,一个碗中有等量的红豆和绿豆,要求平均分到两个碗里。豆子多了确实不太好分,但是原核生物拟核这个碗里只有一红一绿两个(复制得到的2个DNA分子)豆子,要平均分到两个碗里也不是什么难事。

总结一下,真核细胞的有丝分裂和原核细胞的二分裂都可将DNA (核/拟核)精准的平均分配到两个子细胞中,但是真核细胞的无丝分裂不行。真核细胞的无丝分裂不能保障核DNA均分到子细胞中。

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