1) 감수분열
감수분열의 여러 단계는 체세포분열의 단계와 매우 흡사합니다. 체세포분열에서와 마찬가지로 감수분열에서도 먼저 염색체의 복제가 선행됩니다. 하지만 한 번의 염색체 복제 후에 한번이 아니라 두번의 연속적인 세포분열이 일어나는데 이를 I분열(meiosis I)와 감수 II분열(meiosis II)이라고 합니다. 이러한 분열은 두 개의 딸세포를 만들어 내는데 체세포분열과 달리 네 개의 딸세포를 형성하고, 각 세포는 부모 세포에 비해 염색체 수가 절반이 됩니다.
2) 감수분열의 단계
자매염색분체는 하나의 염색체의 두 복사본이며, 염색체의 길이를 따라 밀접하게 연결되어 있음을 기억해야 합니다. 이러한 연결을 자매염색분체 접합(sister chromatid cohesion)이라고 합니다. 이와 같이 자매염색분체 둘은 하나의 복제된 염색체를 형성하게 됩니다. 반면 상동염색체 쌍의 두 염색체는 양 부모로부터 물려받은 각각의 염색체입니다. 상동염색체들은 현미경 상에서 비슷해 보이지만 두 염색체의 상응하는 위치에 대립유전자라고 부르는 다른 버전의 유전자를 가질 수 있습니다. 각 버전은 그 유전자의 대립유전자라고 부릅니다. 예를 들어 한 염색체에는 주근깨를 만드는 유전자가 있으나 상동염색체의 같은 위치에는 주근깨를 만들지 못하는 유전자가 있을 수 있습니다. 상동염색체는 감수분열 동안을 제외하고는 서로 연결되어 있지 않습니다.
감수분열은 매우 특별한 방법으로 전체 염색체 수를 반으로 줄이는데 염색체 세트 수를 둘에서 하나로 줄여서 각 딸세포는 한 세트의 염색체를 갖게 됩니다.
3) 체세포분열과 감수분열의 비교
기본적으로 감수분열은 염색체 세트의 수를 둘에서 하나로 줄이는 반면 체세포분열은 염색체 세트의 수를 보존합니다. 감수분열은 부모 세포 및 다른 딸세포들과 유전적으로 다른 딸세포들을 만드는 반면 체세포분열은 부모 세포 및 다른 딸세포들과 유전적으로 동일한 딸세포들을 만들게 됩니다.
자매염색분체는 코헤신(cohesin)이라는 단백질 복합체에 의해 길게 붙어 있어 자매염색분체 결합을 보입니다. 체세포분열에서는 중기가 끝날 때까지만 이렇게 붙어 있는데 효소들이 코헤신을 분해하여 자매염색분체가 세포의 양극으로 이동할 때까지 지속됩니다. 감수분열에서는 자매염색분체 결합은 두 단계에서 서로 떨어지는데 하나는 후기 I의 시작 단계이고 다른 하나는 후기 II의 시작 단계입니다. 중기 I에서 상동염색체는 자매염색분체의 팔 사이에서 교차가 일어나는 부분의 영역을 넘어서까지 코헤신에 의해 결합되어 이 부분의 자매염색분체는 이제부터는 다른 상동염색체의 일부분입니다. 교차와 염색체의 팔을 따라 이어진 자매염색분체의 결합은 염색교차점이 형성되는 것으로 나타나게 됩니다. 방추사가 첫 번째 감수분열을 위해 형성되면서 염색체교차점은 상동염색체가 서로 붙어 있게 합니다. 후가 I이 시작됨에 따라 붙어 있는 염색분체는 떨어지게 되어 분리되도록 합니다. 후기 II에서는 동원체에 붙어있는 염색분체가 떨어 지게 되어 분리됩니다. 그러므로 중기 I에서는 염색분체의 결합과 교차가 같이 작용하여 상동염색체 쌍이 줄로서게 하는데 중요한 역할을 하게 됩니다.
감수 I분열은 세포당 염색체 세트의 수를 두 세트에서 한 세트로 반감시킵니다. 두 번째 감수분열인 감수 II분열을 수행하는 동안에 자매염색분체는 분리가 되어 반수체의 딸세포를 만듭니다. 감수 II분열과 체세포분열에서 자매염색분체를 분리시키는 기작은 기본적으로 동일합니다. 감수분열 동안의 염색체의 행동은 끊임없이 집중적인 연구 관심의 중심에 있습니다.
4) 염색체의 독립적 분리
유성생식하는 종들에서 감수분열과 수정 과정에서의 염색체의 행동은 각 세대에서 일어나는 대부분의 변이의 원인입니다. 세 가지 기작이 유성생식에 의해 일어나는 유전적 변이에 기여합니다.
유전적 변이를 만드는 유성생식의 한 측면은 감수분열 중기 I때의 상동염색체 쌍의 무작위 배열입니다. 중기 I에서 상동염색체 쌍은 각각 부계와 모계 염색체에서 하나씩으로 이루어지며 중기판에 위치합니다. 각 염색체 쌍은 모계와 부계 상동염색체 중 하나가 주어진 극에 가깝게 배열될 수 있으며 그 배열은 동전을 던지는 것처럼 무작위입니다. 그러므로 감수 I분열의 특정 딸세포가 어떤 상동염색체 쌍의 모계 염색체를 가질 확률은 50%이고 부계 염색체를 갖게 될 확률도 50%입니다.