생명과학1 세특 기초자료 4-2단원(체세포 분열과 생식세포 분열 / 유전적 다양성)

유전적 다양성의 획득

1) 체세포 분열과 생식세포 분열의 비교

체세포 분열(Mitosis):

• 정의: 체세포 분열은 유전적으로 동일한 두 개의 딸세포를 생성하는 과정으로, 생명체의 성장, 발달, 조직 재생, 상처 치유 등에 필수적인 역할을 합니다.
• 과정:
  • 간기(Interphase): 체세포 분열 전에 세포는 성장하고, DNA를 복제하며, 분열 준비를 완료합니다. 간기는 G1기(성장기), S기(DNA 복제기), G2기(분열 준비기)로 구성됩니다.
  • 분열기(Mitosis):
    • 전기(Prophase): 염색사가 응축되어 염색체가 형성되고, 핵막이 분해됩니다.
    • 중기(Metaphase): 염색체가 세포의 중앙(적도면)에 배열됩니다.
    • 후기(Anaphase): 염색 분체가 분리되어 각각의 딸세포로 이동합니다.
    • 말기(Telophase): 염색체가 풀어져 염색사가 되고, 새로운 핵막이 형성됩니다.
  • 세포질 분열(Cytokinesis): 세포질이 나뉘어 두 개의 딸세포가 형성됩니다.
• 결과: 체세포 분열의 결과로 두 개의 유전적으로 동일한 딸세포가 생성됩니다. 딸세포는 모세포와 동일한 염색체 수를 가지며, 인간의 경우 46개의 염색체(2n)를 가집니다.

생식세포 분열(Meiosis):

• 정의: 생식세포 분열은 염색체 수가 절반으로 줄어든 생식세포(정자와 난자)를 생성하는 과정입니다. 이는 유전적 다양성을 증가시키고, 생식과 유전의 핵심 과정입니다.
• 과정:
  • 감수 1분열(Meiosis I):
    • 전기 I(Prophase I): 상동 염색체 쌍이 짝을 이루고, 교차 현상(crossing over)이 발생하여 유전자 교환이 일어납니다.
    • 중기 I(Metaphase I): 상동 염색체 쌍이 세포의 중앙에 나란히 배열됩니다.
    • 후기 I(Anaphase I): 상동 염색체 쌍이 분리되어 각각 다른 딸세포로 이동합니다.
    • 말기 I(Telophase I): 두 개의 딸세포가 형성되며, 염색체 수는 반으로 줄어듭니다(n).
  • 감수 2분열(Meiosis II):
    • 전기 II(Prophase II): 염색체가 다시 응축됩니다.
    • 중기 II(Metaphase II): 염색체가 세포의 중앙에 배열됩니다.
    • 후기 II(Anaphase II): 염색 분체가 분리되어 각각의 딸세포로 이동합니다.
    • 말기 II(Telophase II): 네 개의 딸세포가 형성되며, 각 딸세포는 모세포의 절반에 해당하는 염색체 수(n)를 가집니다.
• 결과: 생식세포 분열의 결과로 유전적으로 다양한 네 개의 생식세포가 형성됩니다. 각 생식세포는 모세포의 절반에 해당하는 염색체 수(인간의 경우 23개)를 가지며, 이 과정에서 유전적 다양성이 발생합니다.

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2) 유전적 다양성

감수 분열과 유전적 다양성:

• 상동 염색체의 무작위 분리(Independent Assortment): 감수 1분열 동안 상동 염색체가 세포의 적도면에 무작위로 배열되고, 무작위로 분리되어 각각의 딸세포로 들어갑니다. 이 과정은 각 생식세포가 부모 세포와 다른 염색체 조합을 가지게 만들어 유전적 다양성을 증가시킵니다.
• 염색체 교차(Crossing Over): 감수 1분열의 전기 I 동안 상동 염색체 쌍 사이에서 유전자 교환이 일어납니다. 이 교차 현상은 새로운 유전자 조합을 만들어내어, 자손의 유전적 다양성을 더욱 증가시킵니다.
• 생식세포 조합: 인간의 경우, 23쌍의 염색체가 무작위로 조합되기 때문에 한 사람이 생성할 수 있는 생식세포의 종류는 2^23(약 800만 가지)에 달합니다. 이 생식세포들이 수정 과정을 통해 결합할 때, 자손은 매우 다양한 유전적 조합을 가지게 됩니다.

유전적 다양성의 중요성:

• 환경 적응: 유전적 다양성은 종이 다양한 환경 변화에 적응할 수 있는 능력을 제공합니다. 환경 변화나 질병에 대해 다양한 반응을 나타낼 수 있는 개체들이 존재함으로써, 종 전체의 생존 가능성을 높입니다.
• 진화: 자연 선택은 유전적 다양성을 바탕으로 특정 형질을 가진 개체를 선택합니다. 이는 종의 진화와 생존에 중요한 역할을 합니다.