શું તમે જાણો છો કે બધા જીવો, સૌથી મોટા પણ, તેમના જીવનની શરૂઆત એક જ કોષથી કરે છે? તમને આશ્ચર્ય થઈ શકે કે પછી એક જ કોષ કેવી રીતે આવા મોટા જીવોનું નિર્માણ કરે છે. વૃદ્ધિ અને પ્રજનન એ કોષોના, ખરેખર તો બધા જીવંત જીવોના, લક્ષણો છે. બધા કોષો બે ભાગમાં વિભાજિત થઈને પ્રજનન કરે છે, જ્યારે પણ તેઓ વિભાજિત થાય છે ત્યારે દરેક જનક કોષથી બે સંતાન કોષોનું નિર્માણ થાય છે. આ નવા બનેલા સંતાન કોષો પોતે પણ વૃદ્ધિ પામી અને વિભાજિત થઈ શકે છે, જે એક જ જનક કોષ અને તેના વંશજોની વૃદ્ધિ અને વિભાજન દ્વારા રચાયેલ નવી કોષ વસ્તીને જન્મ આપે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, વૃદ્ધિ અને વિભાજનના આવા ચક્રો એક જ કોષને લાખો કોષોની બનેલી રચના રચવા દે છે.

10.1 કોષચક્ર

કોષવિભાજન એ બધા જીવંત જીવોમાં ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા છે. કોષના વિભાજન દરમિયાન, DNA પ્રતિકૃતિકરણ અને કોષવૃદ્ધિ પણ થાય છે. આ બધી પ્રક્રિયાઓ, એટલે કે, કોષવિભાજન, DNA પ્રતિકૃતિકરણ અને કોષવૃદ્ધિ, આમ, સંકલિત રીતે થવી જરૂરી છે જેથી યોગ્ય વિભાજન અને અખંડ જીનોમ ધરાવતા સંતાન કોષોનું નિર્માણ થાય. જે ઘટનાક્રમ દ્વારા કોષ તેના જીનોમની નકલ કરે છે, કોષના અન્ય ઘટકોનું સંશ્લેષણ કરે છે અને અંતે બે સંતાન કોષોમાં વિભાજિત થાય છે તેને કોષચક્ર કહેવામાં આવે છે. જોકે કોષવૃદ્ધિ (કોષરસમાં વધારાના સંદર્ભમાં) એ સતત ચાલતી પ્રક્રિયા છે, DNA સંશ્લેષણ ફક્ત કોષચક્રના એક ચોક્કસ તબક્કામાં જ થાય છે. પ્રતિકૃતિકૃત ક્રોમોઝોમ (DNA) પછી કોષવિભાજન દરમિયાન ઘટનાઓની જટિલ શ્રેણી દ્વારા સંતાન કેન્દ્રોમાં વિતરિત કરવામાં આવે છે. આ ઘટનાઓ પોતે જ આનુવંશિક નિયંત્રણ હેઠળ હોય છે.

10.1.1 કોષચક્રના તબક્કાઓ

એક લાક્ષણિક યુકેરિયોટિક કોષચક્ર સંસ્કૃતિમાં રાખેલા માનવ કોષો દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. આ કોષો લગભગ દર 24 કલાકે એક વાર વિભાજિત થાય છે (આકૃતિ 10.1). જોકે, કોષચક્રની આ અવધિ જીવથી જીવમાં અને કોષપ્રકારથી કોષપ્રકારમાં બદલાઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, યીસ્ટ ફક્ત લગભગ 90 મિનિટમાં કોષચક્રમાંથી પસાર થઈ શકે છે.

કોષચક્રને બે મૂળભૂત તબક્કાઓમાં વહેંચવામાં આવે છે:

1. અંતરાવસ્થા (ઇન્ટરફેઝ)
2. M તબક્કો (માઇટોસિસ તબક્કો)

આકૃતિ 10.1 એક કોષમાંથી બે કોષોની રચના દર્શાવતો કોષચક્રનો રેખાકૃતિ દૃશ્ય

M તબક્કો એ તે તબક્કાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે જ્યારે વાસ્તવિક કોષવિભાજન અથવા માઇટોસિસ થાય છે અને અંતરાવસ્થા એ બે ક્રમિક M તબક્કાઓ વચ્ચેના તબક્કાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. એ નોંધવું મહત્વપૂર્ણ છે કે માનવ કોષના કોષચક્રની 24 કલાકની સરેરાશ અવધિમાં, કોષવિભાજન યોગ્ય રીતે ફક્ત લગભગ એક કલાક સુધી ચાલે છે. અંતરાવસ્થા કોષચક્રની અવધિના 95% થી વધુ સમય સુધી રહે છે.

M તબક્કો કેન્દ્રકીય વિભાજનથી શરૂ થાય છે, જે સંતાન ક્રોમોઝોમના અલગ થવા (કેરિઓકાઇનેસિસ)ને અનુરૂપ છે અને સામાન્ય રીતે કોષરસના વિભાજન (સાયટોકાઇનેસિસ) સાથે સમાપ્ત થાય છે. અંતરાવસ્થા, જોકે તેને વિશ્રામ તબક્કો કહેવામાં આવે છે, તે સમય છે જે દરમિયાન કોષ ક્રમબદ્ધ રીતે કોષવૃદ્ધિ અને DNA પ્રતિકૃતિકરણ બંનેમાંથી પસાર થઈને વિભાજન માટે તૈયારી કરી રહ્યો હોય છે. અંતરાવસ્થાને આગળના ત્રણ તબક્કાઓમાં વહેંચવામાં આવે છે:

• G₁ તબક્કો (ગેપ 1)
• S તબક્કો (સંશ્લેષણ)
• G₂ તબક્કો (ગેપ 2)

G₁ તબક્કો માઇટોસિસ અને DNA પ્રતિકૃતિકરણની શરૂઆત વચ્ચેના અંતરાલને અનુરૂપ છે. G₁ તબક્કા દરમિયાન કોષ ચયાપચયની રીતે સક્રિય હોય છે અને સતત વૃદ્ધિ પામે છે પરંતુ તેના DNAનું પ્રતિકૃતિકરણ કરતો નથી. S અથવા સંશ્લેષણ તબક્કો એ તે સમયગાળાને ચિહ્નિત કરે છે જે દરમિયાન DNA સંશ્લેષણ અથવા પ્રતિકૃતિકરણ થાય છે. આ સમય દરમિયાન કોષ દીઠ DNAની માત્રા બમણી થાય છે. જો પ્રારંભિક DNAની માત્રા 2C તરીકે દર્શાવવામાં આવે તો તે 4C સુધી વધે છે. જોકે, ક્રોમોઝોમની સંખ્યામાં કોઈ વધારો થતો નથી; જો કોષમાં G₁ પર ડિપ્લોઇડ અથવા 2n સંખ્યાના ક્રોમોઝોમ હોય, તો S તબક્કા પછી પણ ક્રોમોઝોમની સંખ્યા એ જ રહે છે, એટલે કે, 2n.

તમે ડુંગળીના મૂળની ટોચના કોષોમાં માઇટોસિસનો અભ્યાસ કર્યો છે. તેના દરેક કોષમાં 16 ક્રોમોઝોમ હોય છે. શું તમે કહી શકો છો કે G1 તબક્કે, S તબક્કા પછી અને M તબક્કા પછી કોષમાં કેટલા ક્રોમોઝોમ હશે? તેમજ, જો M તબક્કા પછીની માત્રા 2C હોય તો G1 પર, S પછી અને G2 પર કોષોની DNA સામગ્રી કેટલી હશે?

પ્રાણી કોષોમાં, S તબક્કા દરમિયાન, DNA પ્રતિકૃતિકરણ કેન્દ્રકમાં શરૂ થાય છે, અને સેન્ટ્રિઓલ કોષરસમાં નકલ કરે છે. G2 તબક્કા દરમિયાન, માઇટોસિસની તૈયારી માટે પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ થાય છે જ્યારે કોષવૃદ્ધિ ચાલુ રહે છે.

પ્રૌઢ પ્રાણીઓમાંના કેટલાક કોષો વિભાજન દર્શાવતા નથી (ઉદા., હૃદયના કોષો) અને અન્ય ઘણા કોષો ફક્ત ક્યારેક જ વિભાજિત થાય છે, જરૂરિયાત મુજબ ઇજા અથવા કોષમૃત્યુને કારણે ખોવાઈ ગયેલા કોષોની જગ્યાએ. આવા કોષો જે વધુ વિભાજિત થતા નથી તેઓ G₁ તબક્કામાંથી નીકળીને કોષચક્રના નિષ્ક્રિય તબક્કામાં પ્રવેશે છે જેને સ્થિર તબક્કો (G₀) કહેવામાં આવે છે. આ તબક્કામાંના કોષો ચયાપચયની રીતે સક્રિય રહે છે પરંતુ જીવની જરૂરિયાત પર આધારિત કરીને તેમને બોલાવવામાં આવે ત્યાં સુધી વધુ પ્રજનન કરતા નથી.

પ્રાણીઓમાં, માઇટોટિક કોષવિભાજન ફક્ત ડિપ્લોઇડ દૈહિક કોષોમાં જ જોવા મળે છે. જોકે, આમાં થોડા અપવાદો છે જ્યાં હેપ્લોઇડ કોષો માઇટોસિસ દ્વારા વિભાજિત થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, નર મધમાખી. આની વિરુદ્ધ, વનસ્પતિઓ હેપ્લોઇડ અને ડિપ્લોઇડ બંને કોષોમાં માઇટોટિક વિભાજન દર્શાવી શકે છે. વનસ્પતિઓમાં પેઢીઓના વિકલ્પના ઉદાહરણોના તમારા સ્મરણમાંથી (અધ્યાય 3) તે વનસ્પતિ પ્રજાતિઓ અને તબક્કાઓને ઓળખો જ્યાં હેપ્લોઇડ કોષોમાં માઇટોસિસ જોવા મળે છે.

10.2 M તબક્કો

આ કોષચક્રનો સૌથી નાટકીય સમયગાળો છે, જેમાં કોષના લગભગ બધા જ ઘટકોનું મોટા પાયે પુનર્ગઠન થાય છે. કારણ કે જનક અને સંતાન કોષોમાં ક્રોમોઝોમની સંખ્યા સમાન હોય છે, તેને સમવિભાજક વિભાજન પણ કહેવામાં આવે છે. જોકે સગવડ માટે માઇટોસિસને કેન્દ્રકીય વિભાજન (કેરિઓકાઇનેસિસ)ના ચાર તબક્કાઓમાં વહેંચવામાં આવી છે, તે સમજવું ખૂબ જ આવશ્યક છે કે કોષવિભાજન એ એક પ્રગતિશીલ પ્રક્રિયા છે અને વિવિધ તબક્કાઓ વચ્ચે ખૂબ જ સ્પષ્ટ રેખાઓ દોરી શકાતી નથી. કેરિઓકાઇનેસિસમાં નીચેના ચાર તબક્કાઓ સમાવિષ્ટ છે:

• પ્રોફેઝ
• મેટાફેઝ
• એનાફેઝ
• ટેલોફેઝ

10.2.1 પ્રોફેઝ

પ્રોફેઝ, જે માઇટોસિસના કેરિઓકાઇનેસિસનો પ્રથમ તબક્કો છે, તે અંતરાવસ્થાના S અને G2 તબક્કાઓને અનુસરે છે. S અને G2 તબક્કાઓમાં રચાયેલા નવા DNA અણુઓ અલગ નથી પરંતુ એકબીજામાં ગૂંચળાયેલા હોય છે. પ્રોફેઝ ક્રોમોઝોમલ સામગ્રીના ઘનીકરણની શરૂઆત દ્વારા ચિહ્નિત થાય છે. ક્રોમેટિન ઘનીકરણની પ્રક્રિયા દરમિયાન ક્રોમોઝોમલ સામગ્રી સુલઝાઈ જાય છે (આકૃતિ 10.2 a). સેન્ટ્રોઝોમ, જે અંતરાવસ્થાના S તબક્કા દરમિયાન નકલ કર્યા પછી હતું, હવે કોષના વિરુદ્ધ ધ્રુવો તરફ જવાનું શરૂ કરે છે. આમ, પ્રોફેઝની પૂર્ણતા નીચેની લાક્ષણિક ઘટનાઓ દ્વારા ચિહ્નિત કરી શકાય છે:

• ક્રોમોઝોમલ સામગ્રી ઘનીકૃત થઈને સંકુચિત માઇટોટિક ક્રોમોઝોમ રચે છે. ક્રોમોઝોમ બે ક્રોમેટિડની બનેલા જોવા મળે છે જે સેન્ટ્રોમિયર પર એકસાથે જોડાયેલા હોય છે.
• સેન્ટ્રોઝોમ, જે અંતરાવસ્થા દરમિયાન નકલ કર્યા પછી હતું, કોષના વિરુદ્ધ ધ્રુવો તરફ જવાનું શરૂ કરે છે. દરેક સેન્ટ્રોઝોમ એસ્ટર કહેવાતા માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સનું વિકિરણ કરે છે. બે એસ્ટર સ્પિન્ડલ તંતુઓ સાથે મળીને માઇટોટિક ઉપકરણ રચે છે. પ્રોફેઝના અંતે કોષો, જ્યારે સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ જોવામાં આવે છે, ત્યારે ગોલ્ગી સંકુલ, એન્ડોપ્લાઝમિક રેટિક્યુલમ, કેન્દ્રિકા અને કેન્દ્રકીય આવરણ દર્શાવતા નથી.

10.2.2 મેટાફેઝ

કેન્દ્રકીય આવરણનું સંપૂર્ણ વિઘટન માઇટોસિસના બીજા તબક્કાની શરૂઆત દર્શાવે છે, આથી ક્રોમોઝોમ કોષના કોષરસમાં ફેલાય છે. આ તબક્કા સુધીમાં, ક્રોમોઝોમનું ઘનીકરણ પૂર્ણ થઈ જાય છે અને તેમને સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ સ્પષ્ટ રીતે જોઈ શકાય છે. આ પછી, તે તબક્કો છે જ્યાં ક્રોમોઝોમની આકૃતિ વિજ્ઞાનનો સૌથી સરળતાથી અભ્યાસ કરી શકાય છે. આ તબક્કે, મેટાફેઝ ક્રોમોઝોમ બે બહેન ક્રોમેટિડની બનેલો હોય છે, જે સેન્ટ્રોમિયર દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવે છે (આકૃતિ 10.2 b). સેન્ટ્રોમિયરની સપાટી પરના નાના ડિસ્ક આકારની રચનાઓને કાઇનેટોકોર કહેવામાં આવે છે. આ રચનાઓ સ્પિન્ડલ તંતુઓ (સ્પિન્ડલ તંતુઓ દ્વારા રચાયેલ)ના ક્રોમોઝોમ સાથે જોડાણના સ્થાન તરીકે સેવા આપે છે જે કોષના કેન્દ્રમાં સ્થિતિમાં ખસેડવામાં આવે છે. આથી, મેટાફેઝ એ બધા ક્રોમોઝોમના વિષુવવૃત્ત પર આવીને સૂતા હોવાથી લાક્ષણિક છે, જેમાં દરેક ક્રોમોઝોમનો એક ક્રોમેટિડ તેના કાઇનેટોકોર દ્વારા એક ધ્રુવમાંથી આવતા સ્પિન્ડલ તંતુઓ સાથે અને તેનો બહેન ક્રોમેટિડ તેના કાઇનેટોકોર દ્વારા વિરુદ્ધ ધ્રુવમાંથી આવતા સ્પિન્ડલ તંતુઓ સાથે જોડાયેલો હોય છે (આકૃતિ 10.2 b). મેટાફેઝ પર ક્રોમોઝોમના સંરેખણના સમતલને મેટાફેઝ પ્લેટ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. મેટાફેઝની મુખ્ય વિશેષતાઓ છે:

• સ્પિન્ડલ તંતુઓ ક્રોમોઝોમના કાઇનેટોકોર સાથે જોડાય છે.
• ક્રોમોઝોમ સ્પિન્ડલ વિષુવવૃત્ત તરફ ખસેડવામાં આવે છે અને બંને ધ્રુવો તરફ સ્પિન્ડલ તંતુઓ દ્વારા મેટાફેઝ પ્લેટ સાથે સંરેખિત થાય છે.

આકૃતિ 10.2 a અને b : માઇટોસિસના તબક્કાઓનો રેખાકૃતિ દૃશ્ય

10.2.3 એનાફેઝ

એનાફેઝની શરૂઆતે, મેટાફેઝ પ્લેટ પર ગોઠવાયેલ દરેક ક્રોમોઝોમ એક સાથે જ વિભાજિત થાય છે અને બે સંતાન ક્રોમેટિડ, જેને હવે ભવિષ્યના સંતાન કેન્દ્રોના સંતાન ક્રોમોઝોમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે બે વિરુદ્ધ ધ્રુવો તરફ તેમની સ્થળાંતરણ શરૂ કરે છે. દરેક ક્રોમોઝોમ વિષુવવૃત્તીય પ્લેટથી દૂર જતા, દરેક ક્રોમોઝોમનું સેન્ટ્રોમિયર ધ્રુવ તરફ નિર્દેશિત રહે છે અને આમ અગ્રભાગે હોય છે, જ્યારે ક્રોમોઝોમની ભુજાઓ પાછળ રહી જાય છે (આકૃતિ 10.2 c). આમ, એનાફેઝ તબક્કો નીચેની મુખ્ય ઘટનાઓ દ્વારા લાક્ષણિક છે:

• સેન્ટ્રોમિયર વિભાજિત થાય છે અને ક્રોમેટિડ અલગ થાય છે.
• ક્રોમેટિડ વિરુદ્ધ ધ્રુવો તરફ જાય છે.

આકૃતિ 10.2 c થી e : માઇટોસિસના તબક્કાઓનો રેખાકૃતિ દૃશ્ય

10.2.4 ટેલોફેઝ

કેરિઓકાઇનેસિસના અંતિમ તબક્કા, એટલે કે, ટેલોફેઝની શરૂઆતમાં, તેમના સંબંધિત ધ્રુવો પર પહોંચેલા ક્રોમોઝોમ વિઘટિત થાય છે અને તેમની વ્યક્તિગતતા ગુમાવે છે. વ્યક્તિગત ક્રોમોઝોમ હવે દેખાતા નથી અને ક્રોમેટિન સામગ્રીનો દરેક સમૂહ બે ધ્રુવોમાંના દરેક પર એકઠો થવાનો વલણ ધરાવે છે (આકૃતિ 10.2 d). આ તે તબક્કો છે જે નીચેની મુખ્ય ઘટનાઓ દર્શાવે છે:

• ક્રોમોઝોમ વિરુદ્ધ સ્પિન્ડલ ધ્રુવો પર સમૂહ બનાવે છે અને અલગ તત્વો તરીકે તેમની ઓળખ ખોવાઈ જાય છે.
• દરેક ધ્રુવ પર ક્રોમોઝોમ સમૂહોની આસપાસ કેન્દ્રકીય આવરણ વિકસિત થાય છે જે બે સંતાન કેન્દ્રો રચે છે.
• કેન્દ્રિકા, ગોલ્ગી સંકુલ અને ER પુનઃરચના કરે છે.

10.2.5 સાયટોકાઇનેસિસ

માઇટોસિસ ફક્ત પ્રતિકૃતિકૃત ક્રોમોઝોમનું સંતાન કેન્દ્રોમાં અલગીકરણ (કેરિઓકાઇનેસિસ) જ પૂર્ણ કરતું નથી, પરંતુ કોષ પોતે પણ કોષરસના અલગ થવાથી બે સંતાન કોષોમાં વિભાજિત થાય છે જેને સાયટોકાઇનેસિસ કહેવામાં આવે છે જેના અંતે કોષવિભાજન પૂર્ણ થાય છે (આકૃતિ 10.2 e). પ્રાણી કોષમાં, આ પ્લાઝ્મા પટલમાં ખાઈની દેખાવ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. ખાઈ ધીમે ધીમે ઊંડી થાય છે અને અંતે કેન્દ્રમાં જોડાઈ જાય છે જે કોષરસને બે ભાગમાં વહેંચે છે. જોકે, વનસ્પતિ કોષો પ્રમાણમાં અવિસ્તાર્ય કોષદીવાલ દ્વારા ઘેરાયેલા હોય છે, તેથી તેઓ વિવિધ પદ્ધતિ દ્વારા સાયટોકાઇનેસિસમાંથી પસાર થાય છે. વનસ્પતિ કોષોમાં, દીવાલની રચના કોષના કેન્દ્રમાં શરૂ થાય છે અને હાલની બાજુની દીવાલોને મળવા માટે બહાર તરફ વધે છે. નવી કોષદીવાલની રચના એક સરળ પૂર્વગામીની રચનાથી શરૂ થાય છે, જેને કોષ-પ્લેટ કહેવામાં આવે છે જે બે અડીને આવેલા કોષોની દીવાલો વચ્ચેની મધ્ય લેમેલાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. કોષરસીય વિભાજનના સમયે, માઇટોકોન્ડ્રિયા અને પ્લાસ્ટિડ જેવા અંગો બે સંતાન કોષો વચ્ચે વિતરિત થાય છે. કેટલાક જીવોમાં કેરિઓકાઇનેસિસને સાયટોકાઇનેસિસ અનુસરતું નથી જેના પરિણામ