감수분열
생식자를 만들기 위해 유성 생식을 하는 생물에서 나타나는 세포 분열의 한 유형 / From Wikipedia, the free encyclopedia
감수분열(meiosis, i/maɪˈoʊsɪs/, 감소하는 분열이라는 점에서 그리스어로 줄어든다는 의미의 μείωσις, meiosis에서 유래함[1][2])이란 유성 생식을 하는 생물들이 정자나 난자 같은 생식자(gamete)를 생성하기 위해 종자세포(germ cell)에서 수행하는 특별한 세포 분열 방법이다. 감수분열은 총 2회의 분열을 하며, 각 염색체 사본을 하나씩(홑배수체; n)만 가지는 4개의 딸세포를 만든다. 또한, 분열하기 전에 아버지와 어머니로부터 받은 각 염색체의 유전 물질은 교차를 통해 섞여서 각 염색체는 새로운 조합을 형성한다.[3] 이후 아버지와 어머니 각각이 감수분열을 통해 홑배수체 세포를 만들면, 이 세포는 수정이라는 과정을 통해 서로 융합하여 다시 각 염색체 사본을 2개씩 가지는 두배수체(2n) 접합자(zygote)를 만든다.
감수분열에서 오류가 발생하면 비정배수체(aneuploidy; 비정상적인 염색체 수) 생식자가 만들어진다. 이런 생식자가 수정을 하여 접합자를 형성하면, 이 접합자는 제대로 발생하지 못하고 유산되거나, 대부분의 경우 발생 장애를 갖고 태어난다.[4]
DNA 복제가 먼저 일어난 뒤 감수분열을 진행하며, 감수분열 결과 생긴 4개의 딸세포에서는 원래 모세포보다 염색체 수가 절반으로 줄어든다.[3] 두 번 진행되는 분열은 각각 순서대로 감수분열 I(감수 1분열)과 감수분열 II(감수 2분열)라고 한다. 감수분열을 시작하기 전 S기 때, 각 염색체의 DNA가 복제되어 2개의 동일한 자매 염색분체를 가진다. 자매 염색분체는 코히신이라는 단백질로 서로 붙들려 있다. 감수분열 이전의 S기를 '감수분열이전 S기'나 '감수분열 S기'라고도 부른다. DNA 복제가 끝나자마자 감수분열할 세포는 G2기와 비슷하면서도 좀 더 긴 감수분열 전기에 돌입한다. 이때 상동 염색체 쌍은 유전자 재조합이라는 프로그래밍된 과정을 겪으면서 DNA가 잘리고 다시 복구된다. 유전자 재조합 과정을 통해 염색체 쌍끼리 유전 정보를 서로 교환한다. 재조합이 일어나면 염색분체끼리 교차(crossover)가 이루어지고, 이때 생겨나는 물리적인 교차 지점을 교차점(단수: chiasma, 복수: chiasmata; 그리스 문자 Chi(X)에서 유래함)이라고 한다. 교차는 대부분의 생물에서 각 상동 염새체 쌍이 감수분열 I 동안 서로 멀리 떨어져 분리될 수 있게 도와준다. 감수분열 I 이후 만들어지는 딸세포는 모세포의 절반만큼의 염색체 수를 가지는 홑배수체 세포이다.
감수분열 II 동안에 자매 염색분체를 서로 붙들고 있던 코히신 단백질이 방출되면서 체세포분열이 일어날 때와 마찬가지로 자매 염색분체가 서로 분리된다. 일부 경우에는 감수분열로 만들어진 딸세포 4개 모두가 정자, 홀씨(포자), 꽃가루 같은 생식자(gamete)를 형성한다. 그러나 암컷 동물은 일반적으로 감수분열로 만들어진 딸세포 4개 중 3개를 극체로 만들어 제거하고, 오직 딸세포 1개만 난자로 발달한다. 감수분열 동안 염색체 수가 절반으로 줄어들기 때문에 각 부모가 만든 생식자는 수정을 통해 융합하여 각 염색체를 2세트씩 가지는 두배수체 접합자를 형성한다. 이렇게 감수분열과 수정을 번갈아 진행하면서 유성 생식이 이루어지며, 세대를 거치면서도 똑같은 수의 염색체를 유지한다. 사람으로 예를 들어 보면, 두배수체 사람 세포는 1쌍의 성염색체를 포함하여 총 23쌍의 염색체를 가지는데(총 46개), 그중 절반은 어머니로부터, 나머지 절반은 아버지로부터 물려받은 것이다. 여기서 감수분열을 하면 염색체 1세트(23개)를 포함하는 홑배수체 생식자(난자나 정자)가 만들어진다. 2개의 생식자(난자와 정자)가 융합하면, 이때 만들어지는 접합자는 다시 어머니와 아버지로부터 염색체 23개씩을 물려받아 두배수체가 된다. 감수분열을 하는 모든 생명체는 서로 염색체 수가 다를지라도 똑같은 패턴으로 생활주기를 이어간다.
감수분열은 동물, 식물, 진균을 포함하여 유성 생식을 하는 모든 단세포 생물과 다세포 생물(다 진핵생물)에서 일어난다.[5][6][7] 감수분열 과정은 난자발생과 정자발생을 할 때 반드시 거쳐야 하는 과정이다.