מוטציה

גורמים

מוטציות המתרחשות באופן טבעי כחלק מפעילותו הרגילה של התא החי נקראות מוטציות ספונטניות, והן נפוצות יחסית ונגרמות מטעיות בשכפול התאים. לעומתן, מוטציות לא ספונטניות הן מוטציות הנגרמות מזיהום סביבתי (כימי, רדיואקטיבי או נגיפי) או שמושרות במתכוון על ידי האדם באמצעות שימוש בקרינה ובכימיקלים, וכן באמצעות השתלת אלמנטים בגנום (למטרות מחקר או פיתוח חקלאי).

שינויים במבנה הכרומוזומים

אינוורסיה היא היפוך מלא של מקטע שלם בתוך אחד הכרומוזומים. כשאינוורסיה כוללת את הצנטרומר היא מכונה אינוורסיה פריצנטרית, וכשאינה כוללת את הצנטרומר היא מכונה אינוורסיה פרצנטרית. למוטציה זו השפעה ניכרת על הגנום מפני שבמיוזה לא יווצר צימוד בין האזורים ההומולוגיים. כתוצאה מכך, ייווצר עודף או חוסר של חומר גנטי, ועלולות להיווצר גמטות עקרות. יוצאת דופן, מבחינה זו, היא אינוורסיה בכרומוזום Y שאין לו הומולוג. לפיכך המוטציה תעבור לדורות הבאים כל עוד האינוורסיה לא פגעה באופן קטלני בפעילותו של גן שנמצא על הכרומוזום. 
טרנסלוקציה הדדית מתרחשת כשנוצרים שני שברים בשני כרומוזומים לא הומולוגים, ומנגנוני תיקון התאים מאחים זרוע של כרומוזום אחד עם מקטע מכרומוזום אחר. לדוגמה, בסוג מסוים של סרטן הדם מוכנס מקטע שמקורו בכרומוזום 22 לקצה כרומוזום 9, ולהפך.

שינויים במספר הכרומוזומים

שינוי במספר הכרומוזומים עלול להיגרם בשל אי הפרדה של זוג אחד או יותר של כרומוזומים הומולוגיים בעת המיוזה, הגורמת להיווצרות גמטות בעלות מספר לא תקין של כרומוזומים, והוא נקרא אנאיפלואידיה. לדוגמה, אם במהלך מיוזה I של תא הנבט חלה אי הפרדה של הכרומוזומים מספר 21, תיווצרנה בסוף המיוזה שתי גמטות בעלות כרומוזום 21 עודף ושתיים חסרות כרומוזום 21. אם תשתתף אחת מן הגמטות בעלת שני כרומוזומים 21 בהפריה, תיווצר זיגוטה בעלת שלושה כרומוזומים 21 (או במילים אחרות, בעלת טריזומיה 21), והעובר שיתפתח ממנה צפוי לפתח תסמונת דאון.
כמו כן, עשויים להיווצר פרטים שבתאיהם ישנם שלושה או יותר "סטים" של כרומוזומים, דהיינו, בתאיהם ישנם יותר משני כרומוזומים מכל סוג. מצב כזה נקרא פוליפלואידיה, והוא עשוי להיווצר כתוצאה מהפרדה לקויה של הכרומוזומים במיוזה או במיטוזה, או כאשר לאחר הכפלת החומר התורשתי בתא הנבט לא מתחוללת חלוקת תא. פוליפלואידיה נפוצה בצמחים, וכמחצית ממיני צמחי הפרחים הם פוליפלואידיים, אך היא נדירה בבעלי חיים.
לרוב, שינויים במספר הכרומוזומים הם קטלניים, ומסיבה זו אנאיפלואידיה היא אחד הגורמים העיקריים להפלה טבעית. עם השינויים שאינם קטלניים נמנים טריזומיה 21 הגורמת לתסמונת דאון, וכן שינויים במספר כרומוזומי המין, הגורמים לתסמונת קליינפלטר (קריוטיפ XXY, דהיינו, זכר בעל שני כרומוזומי X) ולתסמונת טרנר (קריוטיפ X0, דהיינו, נקבה בעלת כרומוזום ْX יחיד, אם כי רבים מעוברי X0 מתים בתחילת ההיריון).

הורשת מוטציות

מוטציות סומטיות הן מוטציות המתרחשות בתאי גוף (תאים סומטיים), ועל כן הן אינן מורשות לצאצאים, אולם הן עלולות לגרום למחלות שונות, להאצת הזקנה ולסרטן.
לעומת זאת, מוטציות המתרחשות בגמטות, דהיינו, בתאי המין, עלולות לעבור בירושה לצאצאים, אם הגמטה בה התרחשה המוטציה תשתתף בהפריה.

השפעת המוטציות על ביטוי תכונות ועל האבולוציה

למוטציות עשוית להיות השלכות דרמטיות על סיכויי הפרט לשרוד ולהתרבות. מרבית המוטציות הן מזיקות], ומשפיעות על הפרט באופן הפוגע בסיכוייו לשרוד ולהתרבות, ומוטציה המשפיעה על תכונות היצור בצורה מרחיקת לכת היא בדרך כלל קטלנית. עם זאת, ישנן מוטציות נייטרליות, שלא מזיקות או מועילות לפרט, ולעיתים נדירות חלה בפרט מוטציה המקנה לו יתרון. תדירות אלל הנושא מוטציה כזו עשויה לגדול בעקבות תהליך הברירה הטבעית.
בעוד שהשפעתן הישירה של המוטציות על תדירויות האללים באוכלוסייה היא זניחה, הן מסוגלות ליצור אללים חדשים, ובכך הן מהוות את חומר הגלם לתהליך האבולוציה והכוח המניע שלו. לדוגמה, מוטציה מסוימת הקנתה לתאים מסוימים ביצורים פרימיטיביים את היכולת לחוש באור. בהמשך, סדרה של מוטציות נוספות ותהליך הברירה הטבעית אפשרו לאברי חישה פשוטים אלה להתפתח לעיניים, אברי חישה רגישים ומשוכללים.
מאחר שהשפעתן של מוטציות נייטרליות על יכולתו של הפרט לשרוד ולהתרבות היא זניחה, לא מושפעים ההבדלים שמקורם במוטציות כאלה מתהליך הברירה הטבעית, והם מצטברים ב-DNA. מכיוון שקצב הצטברותם קבוע למדי, ניתן ללמוד מההבדלים הנובעים ממוטציות כאלה בין שני גנים שמורים היטב, האחראים לחלבונים חיוניים הקיימים במגוון של יצורים חיים, על מידת קרבתם של שני יצורים ועל הזמן שעבר מאז התפצלו שושלותיהם מאב קדמון משותף.