1.8 亲兄弟之间的基因为什么不一样?

我们普遍认为的细胞分裂,就是DNA复制一次,然后细胞分裂一次,通过这种方式产生的两个新细胞,每个都拥有一套DNA,不过在有性生殖的物种中,还存在另一种比较特殊的细胞分裂方式,叫做减数分裂。与普通细胞分裂不同,减数分裂只发生在生殖细胞中。发生减数分裂的细胞DNA复制一次,之后进行两次细胞分裂,产生4个细胞(精子或卵子)每个细胞只拥有半套DNA。精子和卵子融合后,受精卵的DNA又恢复为完整的一套。


在减数分裂时存在一种称为自由组合的现象。以卵子的产生为例,卵原细胞是所有卵子的起源,如果某个物种有两对染色体,如图所示,在第一次分裂时,可以产生2种类型的次级卵母细胞,每个次级卵母细胞再次分裂时,又可以产生两种类型的卵细胞,最后可生成4种卵细胞的种类细胞。



由于染色体自由组合的存在,一个卵原细胞生成的卵子染色体组合有很多种可能性,与该物种染色体数目相关。如果某物种有两对染色体,它能够产生2的2次方,也就是4种卵子染色体类型的组合可能性,人类有23对染色体,所以能够产生的卵子染色体类型组合有2的23次方,也就是8388608种,精子能产生的类型,也就是一样的数目。这样我们就可以计算,两个非同卵的亲兄弟拥有相同的基因组的概率,应该是1/8388608*8388608,这个概率的数量级是十万亿分之一。

*此次计算忽略了一个问题,即对于Y染色体的计算,因为讨论的是亲兄弟问题,所以应该以默认精子分配的是Y染色体为前提计算概率,在这里忽略这种情况也只是为了简化计算思路,对结果的数量级影响不大。


即使有一对好运气的亲兄弟赶上这个概率,也不能保证他们的基因是完全一样,因为在减数分裂中还有一种成为染色体互换的常见现象。在生殖细胞分裂四分体时期,同源染色体可能发生交叉互换的现象,使精(卵)子生产者的父本染色体与母体染色体互相交换一部分,在这种情况下,精(卵)子的多样性就更高了。