Una dintre marile realizari ale secolului al XIX-lea o constituie teoria celulara
elaborata de botanistul M. J. Schleiden si de zoologul T. Schwann. Pentru prima
oara in istoria stiintei se demonstreaza un fapt extraordinar, si anume
ca toate vietuitoarele cunoscute, de la cele mai simple pana la cele mai
complexe (inclusiv omul), sunt alcatuite din unitati mai mici, denumite celule
(de la cuvantul latin cellula = incapere mica). Teoria celulara
a stat la temelia conceptiei stiintifice potrivit careia diversele specii de
plante si animale (incepand cu microorganismele care nu se vad cu
ochiul liber si sunt formate dintr-o singura celula, si pana la om, organismul
caruia este cladit din aproximativ cinci mii miliarde de celule) au o structura
unitara si comuna, ele fiind constituite di celule care provin exclusiv din
alte celule. Aceasta teorie a avut o mare insemnatate pentru progresul
biologiei, putand fi pe drept cuvant considerata ca una din marile
descoperiri ale secolului trecut. i4z10zr
Prima definitie corecta a celulei a fost data in 1861 de catre anatomistul
M. Schultze, care considera ca celula este o picatura de citoplasma cu nucleu.
Este, desigur, o definitie simplista, ceea ce nu trebuie sa ne mire, daca tinem
seama de mijloacele de cercetare ale epocii respective.
O data insa, cu dezvoltarea acestor mijloace (microscoape, metode de fixare
si colorare etc.), studiul celulei a luat un mare avant si a dus la descoperiri
insemnate privind structura si functiile celulare. S-au pus astfel bazele
unei stiinte noi, citologia, care are ca obiect de studiu celula. O descoperire
cu totul remarcabila a fost facuta in 1875, de citologul E, Strassburger.
El a constatat ca in momentul cand celula se divide, nucleul se
imparte in niste structuri pe care el le-a numit cromozomi, adica
corpusculi colorati. (R. Brown a observat pentru prima oara cromozomii la microscop,
inca in 1831, dar importanta lor biologica a fost sesizata mult
mai tarziu, abia dupa ce s-a descoperit diviziunea celulara). In
1882, W. Fleming descopera modul de inmultire al celulelor, adica fenomenul
diviziunii celulare, denumit mitoza, prin care dintr-o celula se formeaza doua,
din doua se formeaza patru etc., inmultirea realizandu-se in
progresie geometrica (1-a2-a4-a8-a16-a32
etc.). In felul acesta, dintr-o singura celula se poate obtine in
cursul a 50 de diviziuni succesive un numar de 100.000 miliarde de celule. O
alta realizare remarcabila a citologiei a constituit-o descoperirea modului
cum se realizeaza fecundatia -; la animale de catre O. Hertwig, in
1865, si la plante de catre E. Straussburger in 1884.
Dezvoltarea citologiei experimentale si in special studiul diviziunii
celulare a demonstrat ca numarul de cromozomi existenti in fiecare celula
si caracteristic pentru specia respectiva se pastreaza constant la celulele
fiice. Aceasta datorita faptului ca diviziunea celulara se desfasoara in
mod similar la cele mai diverse specii de plante si animale, avand anumite
faze care permit dedublarea* numarului de cromozomi si impartirea lor
in mod egal la cele doua celule fiice.
De pilda, in fiecare din celulele corpului soarecelui (celulele somatice)
se afla cate 40 de cromozomi. In cursul diviziunii, la un moment
dat cromozomii se dedubleaza, ajungand la 80 si se impart apoi egal
in celulele fiice, care vor avea in final tot cate 40 de cromozomi.
Pe langa acest tip de diviziune celulara -- diviziune mitotica sau mitoza
--, exista si un altul, cunoscut sub numele de meioza sau diviziune reductionala,
care duce la formarea celulelor sexuale (gameti):ovule si spermatozoizi, dispunand
numai de jumatate din numarul de cromozomi al celulelor corpului. La soarece
de exemplu, gametii au cate 20 de cromozomi. Daca dupa ce a avut loc formarea
gametilor (prin diviziune reductionala) o ovula, avand in nucleu
20 de cromozomi, se uneste cu un spermatozoid, in nucleul caruia se gaseste
acelasi numar de cromozomi, se obtine o celula-ou (zigot), numarand 40
de cromozomi. Din celula-ou va rezulta apoi intreg organismul soarecelui,
cladit din celule cu cate 40 de cromozomi. Precizia cu care se realizeaza
aceste procese este de-a dreptul extraordinara si ea a pus pe ganduri
pe cercetatori.
In perioada de la inceputul secolului nostru, in momentul
in cand s-au pus bazele stiintei despre ereditatea vietuitoarelor
(genetica), se cauta descoperirea unui substrat material celular care sa explice
transmiterea fidela a caracterelor de la parinti la urmasi. Biologul american
W. S. Sutton, in 1902,si cel german T. Boveri, in 1904, au emis
ideea potrivit careia cromozomii sunt purtatorii factorilor ereditari (genelor)
de la o celula la alta si de la o generatie la alta. Cercetarile efectuate ulterior
de catre geneticianul american Thomas Morgan si scoala sa, au demonstrat experimental
justetea acestei teze si au dus la elaborarea teoriei cromozomiale a ereditatii.
Ca toti oamenii mari care au contribuit la dezvoltarea stiintei, dar adesea
au exagerat importanta descoperirii lor, si Morgan a exagerat rolul cromozomilor
in ereditate, negand posibilitatea existentei unor factori ereditari
situati in citoplasma. Cercetarile moderne de genetica au demonstrat clar
ca alaturi de ereditatea cromozomiala, exista si ereditate necromozomiala, ceea
ce, nu diminueaza meritul stiintific al lui Morgan. Din colaborarea creatoare
dintre citologi si geneticieni au aparut doua stiinte noi de contact: cariogenetica,
avand ca obiect de studiu ereditatea la nivelul nucleului si, respectiv
al cromozomilor, si citogenetica, care se ocupa cu studiul ereditatii la nivelul
celulei.
In ultimele decenii, cercetarile privind cromozomii si mecanismul cromozomial
al ereditatii au luat un mare avant datorita folosirii unor metode si
tehnici de studiu. Cu ajutorul lor s-au facut descoperiri insemnate privind
structura intima si alcatuirea chimica a cromozomilor, importanta lor in
determinismul genetic al caracterelor si in transmiterea informatiei ereditare
de la o generatie la alta, modul de functionare si rolul acestora in evolutia
organismelor etc. In mod cu totul deosebit, studiile efectuate la nivelul
biomoleculelor ce intra in alcatuirea celulei si cromozomilor au permis
aprofundarea cunostintelor, privind structura si mai ales functionarea acestui
imens combinat industrial din microcosmos, care se cheama celula vie.
“DANSUL CROMOZOMILOR”
Inca in secolul trecut, G. Mendel, unul din fondatorii genetici,
a studiat fenomenul segregarii* hibrizilor la plante si a formulat mai mult
din legile ei. Totusi, multa vreme acest fenomen nu si-a gasit o explicatie
satisfacatoare pentru ca nu se cunostea modul de combinare a factorilor ereditari*
parintesti in organismul hibrid, precum si modul separarii lor dupa aceea,
de-a lungul generatiilor urmatore. Ipoteza lui W. Sutton si T. Boveri privind
plasarea factorilor ereditari pe cromozomi a oferit o baza pentru explicarea
segregarii la nivel celular.
Intr-adevar, pornind de la aceasta ipoteza, la unele specii s-a putut
urmari la microscop, ce se intampla cu cromozomii in cursul
diviziunii reductionale. Astfel, la lacusta s-au facut incrucisari intre
doua subspecii la care cromozomii aveau o anumita marime si forma, asa incat
puteau fi usor recunoscuti la microscop. S-a constatat ca in timp ce hibridul
din prima generatie mosteneste jumatate din cromozomi de la mama si jumatate
de la tata, in celulele sexuale pe care el le formeaza, cromozomii se
distribuie intamplator. Ca urmare, in generatia a doua segregarea
se produce potrivit legilor probabilitatii privind modul de combinare a cromozomilor
proveniti de la bunici.
Incrucisandu-se doua specii care au cate 6 cromozomi somatici,
iar pe fiecare pereche de cromozomi se afla cate o pereche de factori
ereditari, hibridul va mosteni in chip egal de la mama si de la tata cate
o jumatate din cromozomii si, respectiv, factorii ereditari. Daca, de exemplu,
mama poseda factorii ereditari AA BB CC, iar tatal factorii aa bb cc, hibridul
va fi Aa Bb Cc. In cursul diviziunii reductionale, el va forma opt tipuri
de gameti, datorita faptului ca in metafaza meiozei cromozomii omologi
se grupeaza doi cate doi si apoi migreaza la polii celulei in mod
diferit, indiferent de originea lor. Rezultatul este formarea a opt tipuri de
gameti diferiti in ceea ce priveste factorii ereditari si anume: ABC,
abc, Abc, abC, AbC, aBc, Abc, aBC. Tinand seama de faptul ca sunt cate
opt tipuri de gameti femeli si masculi, prin combinarea lor se obtin 64 de indivizi
diferiti din punct de vedere ereditar.
Fenomenul prin care in meioza cromozomii materni si paterni se imperecheaza
in functie de omologia lor si apoi se separa pe baza de hazard, a fost
denumit de cunoscutul genetician american Muller “dansul cromozomilor”.El
a comparat cromozomii cu fetele si baietii dintr-o sala de dans, care pot forma
numeroase cupluri, deoarece partenerii se pot schimba mereu intre ei.
Cu cat numarul cromozomilor si, respectiv, al genelor pe cromozomi este
mai mare, cu atat va fi mai mare numarul combinatiilor posibile ale gametilor.
In cazul unei specii cu sase cromozomi somatici si un singur factor ereditar
pe fiecare cromozom, probabilitatea ca un gamet sa fie diferit de altul este
egala cu (1/2)3=1/8, iar ca un individ sa fie diferit de altul este (1/2)6=1/64.
Majoritatea speciilor de la plantele si animalele mai evoluate au, insa,
un numar mai mare de cromozomi, iar numarul genelor pe fiecare cromozom poate
ajunge chiar la cateva mii. Daca vom considera, de pilda, ca la om, care
are 46 de cromozomi somatici, pe fiecare cromozom se afla o singura gena, probabilitatea
ca o celula sexuala (ovula sau spermatozoid) sa fi diferita de alta este de
(1/2)23, adica 1/8388608, iar ca un individ sa fie diferit ereditar de altul
este de (1/2)46. Aceasta cifra depaseste de multe mii de ori populatia globului.
Trebuie precizat, ca la om pe fiecare cromozom se afla mai multe gene si ca
intre cromozomii-pereche se pot produce schimburi de segmente de cromatide,
ceea ce mareste inca si mai mult numarul de combinatii posibile intre
gameti. Din aceasta cauza, desi pe pamant traiesc peste trei miliarde
de oameni, nu exista doi indivizi identici, chiar daca sunt frati (cu exceptia
gemenilor monozigoti).
Datorita “dansului cromozomilor” din cursul meiozei, precum si altor
fenomene genetice la plantele si animalele care se inmultesc sexuat se
manifesta o mare variabilitate in randul indivizilor, ceea ce este
de mare importanta biologica pentru supravietuirea speciei. In conditiile
unui mediu variabil, numai speciile care dispun de o larga capacitate de variatie
si de adaptare la acest mediu au sanse sa supravietuiasca.