La riproduzione vegetativa o asessuata dà origine ad individui geneticamente identici ai genitori. Si parla di cloni. Nella riproduzione sessuale, all’opposto, l’accoppiamento di due individui con caratteristiche genetiche diverse genera una straordinaria varietà nei loro discendenti. È esperienza comune quanto possano essere dissimili fra loro i figli di una stessa coppia.

meiosi I

meiosi II

fecondazione e formazione dello zigote

Vediamo come i caratteri dei genitori si ricombinano nei figli. Le cellule germinali, o gamèti, cioè le cellule che racchiudono l’informazione genetica del genitore, si formano in modo diverso dalle altre cellule, con un processo detto meiòsi. Quello che succede nella meiosi, fondamentalmente, è che la cellula madre raddoppia il proprio contenuto di DNA, così come accade nella mitosi, ma poi non si divide una volta sola, bensì due volte di seguito, dando origine a quattro gameti, ciascuno dei quali reca il patrimonio genetico della cellula madre dimezzato. Vediamo come avviene questo, in fasi analoghe a quelle della mitosi, prendendo di nuovo ad esempio una cellula con quattro cromosomi, due di provenienza paterna e due di provenienza materna. I due cromosomi che compongono ogni coppia hanno la stessa forma, struttura e funzione, e sono detti omologhi. Li distinguiamo dando loro un colore diverso.
Indichiamo la prima fase della divisione come meiosi I. Il DNA si raddoppia prima che la cellula inizi a dividersi. Nella profase, il DNA si è già raddoppiato e ogni cromosoma risulta formato da due cromatidi, attaccati per il centromero.

In questa fase, le due coppie di cromosomi omologhi si avvicinano tanto da scambiarsi quantità uguali di materiale genetico. I cromosomi di origine paterna acquisiscono così segmenti di DNA dai cromosomi materni, e viceversa. Questo processo di scambio è designato con il nome inglese di crossing-over (incrocio e scambio). In italiano si parla di ricombinazione.
Nelle fasi successive, i cromosomi si spostano verso il centro della cellula; poi le coppie di cromosomi si separano e migrano ai poli opposti della cellula.
Ha inizio a questo punto la prima divisione meiotica. La cellula si divide e ciascuna delle due cellule figlie riceve un cromosoma di ogni coppia: viene così ad avere, nel nostro esempio, un corredo di due cromosomi.

A questo punto, le due cellule così ottenute subiscono un’ulteriore divisione: è la seconda divisione meiotica (meiosi II). Ciascuna di esse ripartisce il proprio DNA in parti eguali fra le cellule figlie, dando origine a quattro gameti, dotato ciascuno di due cromosomi.

Con questo processo, da una cellula madre si ottengono quattro cellule figlie, ciascuna provvista di un corredo genetico dimezzato rispetto a quello della cellula madre. Nel corso del processo si verifica uno scambio di materiale genetico fra i cromosomi di origine paterna e materna. La meiosi è un tipo di divisione cellulare che avviene solo nella formazione dei gameti. La ragione di questo sta nel fatto che i gameti sono cellule sessuali (dette anche cellule germinali), destinate alla generazione di un nuovo individuo.

I gameti umani sono spermatozoi (prodotti dal maschio) e cellule uovo (prodotte dalla femmina). Gli spermatozoi sono cellule di piccole dimensioni: sono in pratica minuscoli serbatoi di DNA, con un involucro di proteine che rappresenta una protezione e una scorta energetica, e una lunghissima coda che favorisce il loro movimento: una volta deposti nell’utero femminile, nuoteranno per raggiungere la cellula uovo da fecondare. La cellula uovo è invece una cellula di dimensioni cospicue (e, nel caso delle uova di uccelli, tutt’altro che microscopiche!), perché oltre al corredo genetico della madre contiene una buona quantità di sostanze nutrienti, destinate a nutrire l’embrione dopo la fecondazione. Nel processo della fecondazione, uno spermatozoo supera la membrana cellulare di una cellula uovo e raggiunge il suo nucleo, scarica all’interno di questo il proprio DNA, che si combina con quello presente all’interno del nucleo della cellula uovo, dando origine a una nuova cellula, detta zigòte, provvista di un corredo genetico completo, per metà di origine materna e per metà di origine paterna, formato da una coppia di ciascun cromosoma. Lo zigote è la prima cellula da cui si formerà un nuovo individuo. I gameti dell’esempio appena fatto, provvisti di una singola copia di ciascuno dei due cromosomi, fondendosi insieme daranno origine a uno zigote che porta in doppia copia ciascuno dei suoi due cromosomi.
Lo zigote risulta così provvisto di un corredo cromosomico completo (2 + 2 = 4).

lo spermatozoo penetra l’ovulo

corredo cromosomico umano

È ora chiara la funzione del processo di meiosi che porta alla formazione di gameti con un corredo cromosomico dimezzato: è grazie a questo dimezzamento che i cromosomi dei gameti, fondendosi nello zigote all’atto della fecondazione, danno origine a una cellula provvista di un corredo cromosomico completo (23 cromosomi paterni + 23 cromosomi materni = 46 cromosomi, nel caso dell’uomo). Nel corso della meiosi, inoltre, i cromosomi di origine paterna possono ricombinarsi con quelli di origine materna, scambiandosi segmenti di DNA e dando così origine a cromosomi "nuovi", ma completi in ogni loro parte, in cui si assortiscono caratteristiche di ciascuno dei due genitori. Con la seconda divisione meiotica, un singolo esemplare di ciascuno dei cromatidi viene ad essere presente in ciascuno dei gameti. I cromatidi si distribuiscono nei gameti in modo casuale. Questo aumenta la varietà di combinazioni possibili. Tutti i possibili assortimenti dei cromatidi sono ugualmente probabili, purché ogni gamete abbia un cromosoma di ogni coppia.

Non appena formato, lo zigote inizia a riprodursi per mitosi. Dalla prima cellula ne hanno origine due, da due quattro, otto, sedici e così via. Nell’arco di pochi giorni, lo zigote percorre la tuba uterina, dove la fecondazione è avvenuta, e si trasforma in una masserella di cellule, l’embrione, che si impianta nell’utero, cioè si annida sulla parete dell’utero. Riproducendosi continuamente, l’embrione si traforma in feto e quindi in un nuovo essere umano, che nell’arco di circa nove mesi sarà pronto a nascere.