Sănătatea și supraviețuirea unui organism depind de replicarea fiabilă și precisă a ADN (acid dezoxiribonucleic) și de diviziunea celulară ordonată. Fără ca aceste procese să fie foarte fiabile, supraviețuirea este pusă sub semnul întrebării. Cu toate acestea, ocazional apar greșeli. Ce fel de greșeli se întâmplă, ce le determină să se întâmple și care sunt unele dintre rezultate?

În primul rând, este important de știut că majoritatea ADN-ului nu face nimic. ADN-ul este clasificat ca fiind „codificator” sau „necodificator”. ADN-ul codificator codifică pentru producerea de enzime și proteine necesare pentru a derula procesele necesare vieții. ADN-ul necodificator este similar unor litere plasate la întâmplare care nu au sens. Scopul unei asemenea abundențe de ADN necodificator este prost înțeles, dar din cei 2,5 metri de ADN din fiecare celulă umană, doar aproximativ 2,5 cm este ADN codificator. Greșelile din cadrul secțiunilor necodificatoare nu au consecințe aparente și aceasta este o teorie cu privire la motivul pentru care există atât de mult – ar putea acționa ca un tampon pentru a proteja ADN-ul codificator. Un articol anterior al Michigan State University Extension, „Mutanții au și ei valoare”, menționa că unele modificări ale ADN-ului sunt utile. Acest articol va discuta despre modul în care acestea apar și oferă exemple de mutații întâlnite în mod obișnuit la plante.

Mutațiile se datorează schimbărilor care au loc în ADN-ul propriu-zis sau în procesul de replicare/diviziune celulară. Modificările din interiorul moleculei de ADN sunt denumite „mutații punctiforme”, deoarece acestea apar într-o mică porțiune de ADN, dar pot avea totuși un efect semnificativ, deoarece schimbă „sensul codului”. Mutațiile punctiforme se pot datora daunelor provocate de raze cosmice, substanțe chimice și viruși. Ele se pot datora, de asemenea, stresului provocat de căldură, frig, pruncucidere severă sau erori de replicare care provoacă o schimbare în secvențele de ADN, astfel încât acestea nu mai au sens. Multe sisteme biologice sunt sisteme de tip cale care necesită formarea unor produse intermediare înainte de a produce produsul final. Enzimele controlează aceste etape intermediare, iar întreruperea oricărei etape împiedică producerea produsului final. Prin urmare, cu cât sunt mai mulți pași în cale, cu atât sistemul este mai vulnerabil la o eventuală schimbare.

Mutațiile punctiforme afectează multe sisteme din cadrul plantelor. Cele mai dramatice din punct de vedere vizual sunt culoarea sau forma. Fotografia 1 prezintă diverse mutații de culoare care apar în mod natural. Schimbarea poate afecta o porțiune de floare, fruct sau frunză, sau o întreagă ramură. În funcție de țesutul implicat, modificarea poate fi transmisă generației următoare prin intermediul semințelor. De asemenea, ele pot fi propagate prin altoire sau butași. Unele mutații pot fi instabile și au ca rezultat producerea unor secțiuni ale plantei care revin la starea inițială (Foto 2).

Mutațiile punctiforme ale plantelor sunt adesea întâlnite după condiții de mediu stresante, în special frigul. Toate celulele unui organism conțin aceeași informație genetică, indiferent de localizarea lor. Unele celule formează rădăcini, în timp ce altele formează flori, chiar dacă ambele conțin aceeași informație genetică. Nu înțelegem pe deplin ce reglează acest proces. Cu toate acestea, știm că celulele forțate să se reprogrameze pentru o funcție diferită par predispuse să facă greșeli în acest proces. Acest lucru se întâmplă atunci când plantele se confruntă cu temperaturi care ucid mugurii. Atunci când mugurii vegetativi normali suferă daune, planta formează muguri adventici care cresc în lăstari noi. Majoritatea celulelor se reprogramează cu succes, dar unele pot exprima schimbări. Cele mai multe modificări trec neobservate și nu sunt benefice, dar ar putea exista o modificare a culorii sau a obiceiului de creștere, pe care o observăm cu ușurință și pe care o găsim atractivă sau benefică.

O mică explicație privind anatomia și dezvoltarea plantelor poate clarifica aspectul mutațiilor. Structurile plantelor încep cu o singură celulă. Acea singură celulă se divide pentru a face două, acele două se divid pentru a face patru, apoi patru se divid pentru a face opt și așa mai departe până când structura este completă. Acesta este motivul pentru care unele mutații vizuale par destul de geometrice. Floarea de hibiscus din fotografia 1 este în mare parte jumătate albă și jumătate roz, ceea ce indică faptul că schimbarea de culoare a avut loc în stadiul de două celule. Același lucru se întâmplă și în cazul unui fruct de măr jumătate roșu, jumătate galben.

Pentru a mă pregăti pentru acest articol, am făcut o excursie pe teren la supermarketul local. Așa cum era de așteptat, am găsit mutații. Acestea sunt ușor de depistat odată ce știi ce să cauți. Fotografia 3 arată ce am găsit. Pe baza mărimii modificării, se pare că la fructul portocaliu din stânga din fotografia 3B și C a avut loc o modificare în stadiul de patru celule, iar la cel din dreapta în stadiul de 16 celule. Aceste modificări vizuale pot fi surprinzătoare atunci când sunt observate, deoarece nu se întâmplă des, dar nu sunt neobișnuite odată ce procesul este înțeles.

Mutațiile de culoare a fructelor sunt cele mai evidente. Dezvoltarea culorii este un proces de parcurs cu mai multe etape intermediare între produsul inițial și cel final. Modificările de culoare, prin urmare, se întâmplă destul de des, în special trecerea la mai puțină culoare. Cu toate acestea, multe mere roșii au culoarea îmbunătățită față de cea inițială, deoarece cultivatorii de mere găsesc membre unice cu fructe foarte colorate. Mugurii de la acele membre sunt apoi înmulțiți în pomi întregi.

Un alt tip comun de mutație implică adăugarea sau ștergerea de cromozomi sau adăugarea unui set întreg de cromozomi. Acestea rezultă din greșeli în timpul procesului de diviziune celulară. În timpul diviziunii celulare normale, cromozomii se aliniază, se dublează și apoi sunt despărțiți și distribuiți în mod egal în cele două celule rezultate. Uneori, cromozomii „întârzie” și rămân în urmă, ceea ce duce la o distribuție inegală – o celulă are mai mulți cromozomi, iar cealaltă are mai puțini. Adesea, aceste celule nu se descurcă bine, deoarece jumătate dintre ele sunt lipsite de informațiile necesare, iar numărul inegal duce la dificultăți suplimentare de replicare.

Cu toate acestea, ocazional, cromozomii se dublează și nu se formează o nouă celulă. Acest lucru are ca rezultat faptul că celula originală are un întreg set de cromozomi în plus. Aceste modificări sunt destul de stabile, deoarece au informația necesară – doar de două ori mai multă – și au un număr egal de cromozomi, ceea ce face ca diviziunea celulară ulterioară să fie regulată. Celulele rezultate în urma acestei modificări se spune că sunt poliploide (poli = multe; ploidie = cromozomi). Această schimbare se poate întâmpla în toate celulele, dar dacă are loc în celulele responsabile de reproducerea sexuală, acestea formează ovule și boabe de polen care au de două ori numărul normal de cromozomi, iar ovulele și polenul rezultate sunt denumite „gameți nereduși.”

Dacă un bob de polen nereduși se combină cu o celulă de ou nereduși din aceeași specie, are potențialul de a se dezvolta într-o întreagă specie nouă de plante. Acest proces a dat naștere unor plante alimentare bine cunoscute. Afinele și căpșunile fac parte dintr-o serie poliploidă, unele fiind diploide (situația normală de două seturi de cromozomi), tetraploide (patru seturi), hexaploide (șase seturi) și octoploide (opt seturi). Căpșunile comerciale sunt octoploide, iar afinele comerciale sunt fie tetraploide, fie hexaploide. Se crede că toate tetra-, hexa- și octoploidele își au originea într-un strămoș diploid care a trecut prin etapele și combinațiile de producere a gameților nereduși. Printre alte plante poliploide se numără grâul (tetraploid sau hexaploid), ovăzul (hexaploid), kiwi (hexaploid) și altele. De fapt, între 30 și 80 la sută din toate plantele sunt poliploide.

Vă veți observa că toate nivelurile menționate sunt numere pare – două, patru, șase, opt etc. Niciunul nu a fost impar – unu, trei, cinci etc. Acest lucru se datorează faptului că numerele impare ne întorc la problema distribuției inegale a cromozomilor în timpul diviziunii celulare. Cu toate acestea, pentru fiecare regulă există o excepție, iar cartoful are membri cu două, trei, patru și cinci seturi de cromozomi, dar atunci cartoful nu se bazează numai pe reproducerea sexuată, ci poate fi înmulțit prin bucăți de semințe asexuate. Seturile ciudate există sau pot fi realizate la alte specii de plante, iar noi am profitat de ele ca și culturi alimentare, deoarece în multe cazuri distribuția inegală a cromozomilor duce la lipsa semințelor, cum ar fi pepenele roșu și bananele fără semințe. Plantele vor crește, dar nu vor produce urmași, sunt sterile și au doar urme de semințe.

Mutațiile apar și în cadrul sistemelor animale. Cu toate acestea, deoarece sistemele animale sunt mai complexe, supraviețuirea lor nu este la fel de fiabilă și schimbările nu sunt la fel de dramatice. Există unii pești și amfibieni poliploizi, dar mamiferele poliploide sunt rare și este și mai rar ca acestea să supraviețuiască până la naștere.

.