Warum ist das Genom in mehrere Chromosomen aufgeteilt und nicht nur in ein einziges großes Chromosom?

Der führende Anwärter auf das „Warum“ in meinem früheren Labor ist, dass, wenn ein Chromosom zu lang wird, eine Zelle das Chromatid nicht vollständig von einer Tochterzelle isolieren kann. Dh bei einem Riesenchromosom laufen die Chromosomenarme so weit hinter das Zentromer, dass sich die Arme zweier Schwesterchromosomen noch berühren, auch wenn das Zentromer die entgegengesetzten Pole einer sich teilenden Zelle erreicht hat. Dies verhindert eine nukleare Reformation. Es würde auch bedeuten, dass die Größe der Zelle die maximale Chromosomengröße bestimmt.

Derzeit ist dies eine Hypothese. Wir haben gerade erst die Methode entwickelt, um ultragroße synthetische Chromosomen herzustellen. Ich habe erwartet, dass eine Antwort 3-5 Jahre (2021-2023) beträgt. Wir sagen jedoch, dass eine Chromosomenzahl nichts Besonderes ist.

Kurze Antwort: Menschen vermehren sich sexuell und die Evolution hat mit einigen zufälligen Effekten zu 23 Chromosomenpaaren geführt.

Erklärt:

Vermehren Sie sich sexuell - Bakterien haben ein großes Stück DNA. Dies funktioniert für Bakterien, da sie ihre gesamte DNA kopieren und die beiden Kopien aufteilen, wodurch zwei „Klone“ voneinander entstehen. Menschen hingegen haben die Hälfte des genetischen Materials in ihren Geschlechtszellen (Sperma und Eizelle), was zusammen in einer Zygote die volle oder normale Menge an DNA ergibt. Aus diesem Grund hat fast jede Zelle im menschlichen Körper 23 Paare oder insgesamt 46 Chromosomen. Für die sexuelle Fortpflanzung benötigen wir daher mindestens 2 Chromosomen in den normalen oder diploiden Zellen.

Zufälligkeit – Während Evolution oft als ein sehr gerichteter Prozess gelehrt wird, gibt es tatsächlich viel Zufälligkeit, die die Ergebnisse verändert. Das beste Beispiel ist, dass Affen, unsere nächsten Nachkommen, 24 Chromosomen haben. Bei der Menschwerdung verschmolzen zwei dieser Chromosomen etwas zufällig miteinander zum menschlichen Chromosom 2. Während es einen gewissen Selektionsvorteil geben könnte, ist unklar, was es wäre. In ähnlicher Weise haben viele andere Arten eine Vielzahl von Chromosomenzahlen . Biologen waren nicht in der Lage, eine Ursache für die Anzahl der Chromosomen in jeder Art direkt zuzuordnen (siehe UCSB und Museum of Innovation) und haben daher festgestellt, dass die Zahl größtenteils auf Zufallseffekten beruht. Eine gute Metapher ist, dass ein Chromosom ein Bücherregal ist und Bücher, der Charakter einer Bibliothek wird nicht durch die Anzahl der Bücherregale oder Bücher definiert, sondern durch den Inhalt der Bücher.

Evolution - Chromosomen erfüllen mehrere wichtige Rollen in einer Zelle. Erstens lösen sie sich während des normalen Zelllebens teilweise auf und gewinnen/verlieren verschiedene Marker (Histonmarker), die verschiedene Proteine ​​dahingehend steuern können, welche Gene transkribiert werden sollten. Zweitens müssen die Chromosomen während der Mitose sehr kompakt werden und genau entlang der mitotischen Ebene geteilt werden, und während der Meiose kreuzen sich die Chromosomen und tauschen DNA mit dem anderen Paar aus. Die Mechanik jedes Ereignisses basiert von Natur aus auf der Größe und Anzahl der Chromosomen. Für all diese Rollen hat die Anzahl der Chromosomen eindeutig einen gewissen Einfluss, obwohl die genaue Beziehung unklar ist. Während also die Evolution eine optimale Zahl auswählen kann, ist die Stärke der Auswahl wahrscheinlich sehr schwach und wird von den zufälligen Effekten überwältigt.