生殖 (生物学)について詳しく解説

導入

何千もの受精卵の中のカエル

生殖は、新しい個体を生み出すことによって、種がそれ自体を存続させるための一連のプロセスです。それは、すべての生き物が共有する基本的な活動の 1 つです（栄養と成長とともに）。実際、どの種も効率的な生殖システムを備えていなければなりません。そうでないと、絶滅の危機に瀕します。

繁殖によって種の長期的な存続が可能になる場合、多くの場合、それは宇宙への分散システムと組み合わされます。これらは、新しい環境への定着を可能にし、種の生存の可能性を高めるシステムです。

子ヘラジカの雌とその子牛、ロッキーマウンテン国立公園）

有性生殖と無性生殖

これは受精、つまり雄と雌の配偶子が融合して卵子（または接合子）を生み出すことによって確実に行われます。この生殖により、遺伝的混合が確実に行われるため、集団内の遺伝的多様性の維持が可能になります。

(無性増殖とも) 配偶子も受精も起こらない他のすべての生殖手段を指します。この場合、親と子孫の遺伝物質は同一のままです。有糸分裂だけが新しい細胞への遺伝情報の伝達を保証するからです。これは自然クローンの一種です。

著者によっては、生殖という用語は有性生殖を指します。

無性生殖

アスペルギルスカビは無性生殖のための胞子を生成します

• 単細胞種では、細胞分裂によってこの種の細胞の複製が確実に行われます。同じ母細胞から生じるすべての娘細胞は、その遺伝子のコピーエラーおよび/または突然変異を除いて、それらが由来する親細胞と同一の遺伝的遺産を持っています。しかし、親の分子機構が娘細胞に必ずしも平等に受け継がれるわけではありません。
• 多細胞生物の場合、すべての場合でパターンは同じです。「親」生物が 1 つまたは複数の細胞から分離され、その後、新しい生物 (クローン) を再構築する役割を果たします。これらの細胞の形成は有糸分裂 (または細菌の分裂) によってのみ発生するため、遺伝物質は変化しません。
  • 単一の細胞が分散しているとき、胞子と呼ばれます。これは、たとえばカビのような粉状の外観を与えます。
  • それが細胞のグループや器官であれば、散布体(ヒドラ) や匍匐茎(イチゴ植物) について話すことができます。
  • 場合によっては、生物が 2 つまたはいくつかの同等の部分に分離することがあります (板形虫、特定の環形動物、根茎植物など)。

有性生殖

被子植物の生殖サイクル

花は、被子植物の有性生殖を可能にする装置です。

いわゆる有性生殖とは、異なる性的タイプ（男性と女性、MATaとMATα、+と-）の個体、または異なるタイプの細胞のみの出会いを指します。植物、菌類、貝類などの動かない生物も有性生殖を行うことができるため、必ずしも交尾や交尾を伴うわけではありません。有性生殖は真核生物種間でのみ共有されており、真核生物種間での遺伝的混合が可能です。

同じ種では、個体はほぼ同じ数の遺伝子を持っています (例: ヒトでは 35,000)。ただし、これらの遺伝子 (対立遺伝子) のバージョンは同じではありません。だからこそ、一人ひとりが違うのです。真核生物の種において、生殖は、通常は異性である2 個体間でこれらの対立遺伝子を混合または混合する機会です。これにより、対立遺伝子の新しい組み合わせ、つまり新しいゲノムが生成されます。これにより個体群の進化が可能になり、環境が変化した場合（気候温暖化、新たな寄生虫など）、これらの新しい組み合わせが自然選択によって有利になる可能性があります。

各世代または生殖サイクルにおいて、細胞レベルで同じ段階が見られます。

• 減数分裂、親の遺伝子の半分を持つ細胞 (配偶子) を生成します。
• 受精は、2 つの配偶子 (精子と卵子) を結合して、元のゲノム全体を再構成することです。

短所

• 通常、これには 2 人目の個人の存在が必要です。この問題を避けるために、アブラムシやミジンコなどの場合のように、単為生殖、つまりパートナーのいない有性生殖に発展することがあります。新しい縄張りを発見した孤立した動物は、その種を繁殖させることはできません – もちろん、それが受精したメスでない限り。
• このパートナーを探さなければならないことがよくありますが、それは困難または危険な場合があります。
• この種の生殖には、オスまたはメス間の競争、つまり競争が含まれる場合があります。これには、追加のリソースが必要となり、捕食者に対する警戒心が低下し、場合によっては怪我や死亡が発生する可能性があります。
• 交尾の際には、細菌、ウイルス、真菌、さまざまな寄生虫などの感染因子が交換されるリスクがあります。
• 多くの配偶子を生成する必要があり、雄の場合は配偶子が失われることがよくあります。
• 有性生殖による遺伝子混合は種にとっては有利ですが（いつか最良の遺伝子が集まるため）、個体にとっては不利になる可能性があります。非性的経路とは異なり、それを特徴付ける遺伝子の組み合わせは独特であり、今後もその傾向が残ります。自分の遺伝子と他のパートナー（たとえ選択されたものであっても）からの遺伝子の組み合わせが欠損個体をもたらさないということは何もありません。これは、親には見えないすべての劣性遺伝病に当てはまります。

子孫の数が少ないことももう一つの欠点ですが、これは性的様式に特有のものではありません。同様に、配偶子を生成するために必要な食物またはエネルギー資源は、どのような種類の生殖においてもかなりの量になります。

利点

• 減数分裂および染色体修復中の遺伝子組換え
• 適応的変化の理論: 劣性疾患の数の減少。
• 長寿命につながっているようです。

ただし、次のことに注意してください。

• 劣性疾患は、非有性生殖の場合には現れません。個体が分裂し、遺伝的に同一の個体が 2 人になるため、おそらく健康ではありますが、病気の保因者ではありません。この病気が子孫に現れる危険があるのは、有性生殖の場合のみです…
• 上記の欠点に関連し、寿命を縮める可能性があるリスクを脇に置くと、地球上で最も古い個体（樹齢千年の木など）はすべて有性モードなしで繁殖できることは明らかです。際限なく切断される植物は、バクテリアやこの方法で繁殖する動物と同様、事実上不死です。

遺伝的影響

生殖では、次のような遺伝子の世代間の伝達が可能になります。

• 遺伝情報の忠実性を維持する。
• 遺伝情報の進化を可能にする一定の変動性（ダーウィンの進化論的ビジョンに従って、種が環境選択を通じて適応できるようにするために、長期的には不可欠である）。

減数分裂を伴う有性生殖の場合、遺伝的遺産は再生産されません。子供は父親や母親と同じ染色体を持っていませんが、その 2 つの混合物、または新しい染色体さえも作成されます (交差およびその他の突然変異)。