Loading article…
生殖（または繁殖）とは、親から新しい個体（子孫）が生み出される生物学的プロセスである。生殖には無性生殖と有性生殖の2種類がある。
無性生殖では、生物は他の生物の関与なしに繁殖することができます。無性生殖は単細胞生物に限られません。生物のクローン作成は無性生殖の一形態です。無性生殖によって、生物は遺伝的に類似または同一のコピーを作成します。有性生殖の進化は生物学者にとって大きな謎です。有性生殖の二重のコストは、生物の50%しか繁殖しないこと[ 1 ]と、生物が遺伝子の50%しか受け継がないことです[ 2 ]。
有性生殖は通常、配偶子と呼ばれる2つの特殊な生殖細胞の性的相互作用を必要とします。配偶子は体細胞の半分の数の染色体を含み、減数分裂によって生成されます。通常、精子が 同種の卵子を受精させて受精卵を形成します。これにより、両親から遺伝的特徴を受け継いだ子孫が生まれます。
無性生殖とは、生物が他の生物からの遺伝物質の提供なしに、遺伝的に類似または同一のコピーを作成するプロセスです。[ 3 ]細菌は二分裂によって無性的に分裂します。ウイルスは宿主細胞を乗っ取ってウイルスを増やします。ヒドラ（ヒドロ虫目に属する無脊椎動物）と酵母は出芽によって繁殖することができます。これらの生物は多くの場合、性別を持たず、2つ以上のコピーに「分裂」することができます。ほとんどの植物は無性生殖を行う能力があり、アリの一種であるMycocepurus smithiiは完全に無性生殖によって繁殖すると考えられています。
ヒドラ、酵母（酵母の交配を参照）、クラゲなど、無性生殖が可能な種の中には、有性生殖も行うものがある。例えば、ほとんどの植物は栄養繁殖（種子や胞子を使わない繁殖）が可能であるが、有性生殖も行うことができる。同様に、細菌は接合によって遺伝情報を交換することがある。
無性生殖の他の方法としては、有糸分裂のみを伴う単為生殖、断片化、胞子形成などがある。単為生殖とは、受精なしに胚や種子が成長・発達することである。単為生殖は、下等植物（無融合生殖と呼ばれる）、無脊椎動物（ミジンコ、アブラムシ、一部のハチや寄生バチなど）、脊椎動物（一部の爬虫類[ 4 ] 、一部の魚類[ 5 ]、ごくまれに家禽[ 6 ]など）を含むいくつかの種で自然に起こる。
有性生殖は、特殊な細胞分裂である減数分裂から始まるプロセスで、2 つの生物の遺伝物質を組み合わせることによって新しい生物を作り出す生物学的プロセスです。2 つの親生物はそれぞれ、半数体の配偶子を作ることによって、子孫の遺伝的構成の半分を提供します。[ 9 ]ほとんどの生物は 2 種類の異なる配偶子を形成します。このような異型配偶子種では、2 つの性別は雄 (精子または小胞子を生成) と雌 (卵子または大胞子を生成)と呼ばれます。 [ 10 ]同型配偶子種では、配偶子は形が似ているか同一 (同型配偶子) ですが、分離可能な特性を持つ場合があり、その場合は別の名前が付けられることがあります (同型配偶子を参照)。[ 11 ]両方の配偶子は似ているため、一般的に雄または雌に分類することはできません。たとえば、緑藻のクラミドモナス・ラインハルティには、いわゆる「プラス」配偶子と「マイナス」配偶子があります。多くの菌類や繊毛虫のゾウリムシ[ 12 ]など、いくつかの種類の生物は、交配型と呼ばれる2つ以上の「性別」を持っています。ほとんどの動物（人間を含む）と植物は有性生殖を行います。有性生殖を行う生物は、形質ごとに異なる遺伝子セット（対立遺伝子と呼ばれる）を持っています。子孫は、各形質について両親から1つの対立遺伝子を受け継ぎます。したがって、子孫は両親の遺伝子の組み合わせを持っています。「有害な対立遺伝子のマスキングは、組換えが自由に起こる半数体相と二倍体相を交互に繰り返す生物において、優性二倍体相の進化を促進する」と考えられています。[ 13 ] [ 14 ]
コケ植物は有性生殖を行うが、大型でよく見られる個体は半数体であり、配偶子を生成する。配偶子が融合して接合子を形成し、それが胞子嚢に発達し、さらに半数体の胞子を生成する。二倍体段階は半数体段階に比べて比較的小さく短命であり、つまり半数体優勢である。二倍体の利点であるヘテロシスは、二倍体世代にのみ存在する。コケ植物は、半数体段階ではヘテロシスの恩恵を受けないにもかかわらず、有性生殖を維持している。これは、有性生殖にはヘテロシス以外の利点、例えば種内の個体間の遺伝子組換えがあり、より幅広い形質の発現を可能にし、それによって個体群が環境変動に耐えやすくなることを示している可能性がある。[ 15 ]
他家受精とは、花の受精が他家受粉によって起こることであり、これは、ある花の卵子が別の植物の花の精子によって受精されるときに起こります。[ 16 ] [ 17 ]花粉は、花粉媒介者または風などの非生物的媒体によって運ばれることがあります。受精は、花粉が花粉管を通って雌性配偶子に運ばれるときに始まります。他家受精は、自家受精の方法である自家受精または同胞受精とは対照的に、他家受精とも呼ばれます。
自家受精（自家受粉とも呼ばれる）は雌雄同体の生物で起こり、受精時に融合する2 つの配偶子は同じ個体から生じます。例えば、多くの維管束植物、一部の有孔虫、一部の繊毛虫などです。[ 17 ]「自家受粉」という用語は、自家受粉（必ずしも受精に成功するとは限らない）の代わりに使われることもあり、同じ花の中での自家受粉を指します。これは、同じ開花植物の別の花への花粉の移動である同花受粉[ 18 ]、または単一の雌雄同株の裸子植物内での自家受粉とは区別されます。
有糸分裂と減数分裂は細胞分裂の一種である。有糸分裂は体細胞で起こり、減数分裂は配偶子で起こる。
有糸分裂 有糸分裂によって生じる細胞数は、元の細胞数の2倍になります。子孫細胞の染色体数は、親細胞の染色体数と同じです。
減数分裂 結果として生じる細胞数は、元の細胞数の4倍になります。これにより、親細胞に存在する染色体の数の半分を持つ細胞が生成されます。二倍体細胞が複製され、その後2回の分裂（四倍体から二倍体、そして一倍体へ）を経て、4つの一倍体細胞が形成されます。この過程は、減数分裂Iと減数分裂IIの2つの段階で起こります。
哺乳類を含む動物は、生殖腺（オスでは精巣、メスでは卵巣）での 減数分裂によって配偶子（精子と卵子）を産生する 。精子は精子形成によって、卵子は卵形成によって産生される。哺乳類の配偶子形成中、DNA修復機構に関与するタンパク質をコードする多数の遺伝子が、発現の増強または特殊化を示す。[ 19 ]動物の精巣で産生される 雄性生殖細胞は、減数分裂中に機能してDNA損傷を修復し、子孫に受け継がれるゲノムの完全性を維持する特別なDNA修復プロセスを実行できる。 [ 20 ] このようなDNA修復プロセスには、相同組換え修復と非相同末端結合が含まれる。[ 20 ]卵巣の原始卵胞にある卵母細胞は、成長しない前期停止状態にあるが、二本鎖切断を含むDNA損傷の非常に効率的な相同組換え修復を行うことができる。[ 21 ]これらの修復プロセスにより、ゲノム の完全性が維持され、子孫の健康が保護される。[ 21 ]
科学研究は現在、2人の女性または2人の男性から同等の遺伝的貢献を持つ子孫を生み出す同性生殖の可能性を調査している。[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]活動が活発化している明白なアプローチは、雌の精子と雄の卵子である。2004年、日本の科学者は、インプリンティングに関与するいくつかの遺伝子の機能を変更することにより、2つのマウスの卵子を組み合わせて娘マウスを作った[ 25 ] 2010年、アメリカの科学者は、遺伝子操作された幹細胞を使用して、2人の父親からの遺伝的貢献を持つ生存可能なマウスの子孫を作った[ 26 ] [ 27 ] 2018年、中国の科学者は、2匹のマウスの母親から29匹の雌マウスを作ったが、2匹のマウスの父親から生存可能な子孫を作ることはできなかった。研究者は、これらの技術が近い将来人間に適用される可能性は低いと指摘している。[ 28 ] [ 29 ] 2023年、日本の科学者たちは2匹のマウスの父親からマウスの子を作り出し、それが成体まで成長した。[ 30 ]
さまざまな種によって、さまざまな繁殖戦略が採用されています。ヒトやカツオドリなどの動物は、出生後何年も性的に成熟せず、その後も少数の子孫しか産みません。他の動物はすぐに繁殖しますが、通常の状況では、ほとんどの子孫は成体まで生き残りません。たとえば、ウサギ（8か月後に成熟）は年間10〜30匹の子孫を産み、ショウジョウバエ（10〜14日後に成熟）は年間最大900匹の子孫を産むことができます。これらの2つの主な戦略は、 K選択（少数の子孫）とr選択（多数の子孫）として知られています。進化によってどちらの戦略が有利になるかは、さまざまな状況によって異なります。少数の子孫を持つ動物は、個々の子孫の養育と保護により多くの資源を費やすことができるため、多数の子孫の必要性が減ります。一方、多数の子孫を持つ動物は、個々の子孫に費やす資源が少なくなる可能性があります。こうした種類の動物では、多くの仔が生まれてすぐに死んでしまうのが一般的ですが、通常は十分な数の個体が生き残り、個体群を維持します。ミツバチやショウジョウバエなどの一部の生物は、精子貯蔵と呼ばれる過程で精子を保持し、それによって繁殖期間を延ばします。
無性生殖を行う生物は、個体数が指数関数的に増加する傾向がある。しかし、DNAの変異を突然変異に依存しているため、種のすべての個体が同様の脆弱性を抱えている。有性生殖を行う生物は、子孫の数は少ないものの、遺伝子の多様性が高いため、病気にかかりにくい。
多くの生物は有性生殖と無性生殖の両方で繁殖することができます。アブラムシ、粘菌、イソギンチャク、一部のヒトデ（断片化による）、そして多くの植物がその例です。環境要因が好都合な場合、無性生殖は、豊富な食料供給、適切な隠れ家、好ましい気候、病気、最適なpH、またはその他の生活様式の要件の適切な組み合わせなど、生存に適した条件を利用するために利用されます。これらの生物の個体数は、豊富な供給資源を最大限に活用するために、無性生殖戦略によって指数関数的に増加します。[ 33 ]
食料源が枯渇したり、気候が過酷になったり、その他の生活環境の悪化によって個体の生存が脅かされたりすると、これらの生物は有性生殖に切り替えます。有性生殖は種の遺伝子プールの混合を保証します。有性生殖の子孫に見られる変異により、一部の個体は生存により適したものとなり、選択的適応が起こるメカニズムが提供されます。有性生殖の減数分裂段階では、特に効果的なDNA損傷の修復も可能です（減数分裂を参照）。[ 33 ] さらに、有性生殖は通常、無性生殖の親の子孫を脅かす条件に耐えることができる生活段階の形成をもたらします。したがって、種子、胞子、卵、蛹、嚢子、または有性生殖のその他の「越冬」段階は、不利な時期の生存を保証し、生物は適性への回帰が起こるまで不利な状況を「やり過ごす」ことができます。
生殖を伴わない生命の存在については、いくつかの憶測がなされている。生命の起源が、生殖能力を持たない要素から生殖能力を持つ生物を生み出した過程を研究する生物学研究は、自然発生説と呼ばれる。複数の独立した自然発生事象があったかどうかはともかく、生物学者たちは、地球上の現在のすべての生命の最後の普遍的な祖先は約35億年前に生息していたと考えている。
科学者たちは、実験室で生殖を伴わずに生命を作り出す可能性について推測してきた。何人かの科学者は、完全に非生物的な物質から単純なウイルスを作り出すことに成功している。[ 34 ]しかし、ウイルスはしばしば生命体ではないと考えられている。タンパク質カプセルの中にあるRNAまたはDNAの断片に過ぎないため、代謝がなく、乗っ取った細胞の代謝機構の助けを借りてのみ複製することができる。
祖先を持たない真の生物（例えば単純な細菌）の生産は、はるかに複雑な作業となるが、現在の生物学的知識によれば、ある程度は可能であると考えられる。合成ゲノムが既存の細菌に導入され、天然のDNAと置き換えられた結果、新しいM. mycoides生物が人工的に生産された。[ 35 ]
化学合成されたゲノムが自然界に存在するゲノムのほぼ 1:1 コピーであり、受容細胞が自然界に存在する細菌であるという理由から、この細胞が完全に合成であるとみなせるかどうかについては、科学界で議論がある[ 36 ]。クレイグ・ベンター研究所は「合成細菌細胞」という用語を維持しているが、「…我々はこれを『ゼロから生命を創造する』とは考えておらず、むしろ合成 DNA を使用して既に存在する生命から新しい生命を創造している」と明言している[ 37 ] 。ベンター氏は、実験細胞を特許化する予定であり、「これらは明らかに人間の発明である」と述べている[ 36 ] 。その開発者は、「合成生命」を構築することで、研究者は生命を解体するのではなく構築することによって生命について学ぶことができると示唆している。彼らはまた、生命と機械の境界を広げ、両者が重なり合って「真にプログラム可能な生物」を生み出すことを提案している。[ 38 ]研究者らは、「真の合成生化学生命」の創造は現在の技術で比較的容易に実現可能であり、人類を月に送るのに必要な労力に比べれば安価であると述べている。[ 39 ]
有性生殖には、無性生殖よりもはるかに多くのエネルギーを必要とし、生物を他の活動から遠ざけるため、多くの欠点があり、なぜこれほど多くの種が有性生殖を利用するのかについては議論がある。ジョージ・C・ウィリアムズは、有性生殖が広く利用されている理由の説明の一つとして、宝くじを例に挙げた。 [ 40 ]彼は、子孫に遺伝的多様性がほとんど、あるいは全く生じない無性生殖は、すべて同じ番号の宝くじをたくさん買うようなもので、「当選」、つまり生き残る子孫を生み出す可能性が限られていると主張した。有性生殖は、より少ない数の宝くじを購入するが、番号の多様性が増し、したがって成功の可能性が高くなるようなものだと彼は主張した。この例えの要点は、無性生殖は遺伝的変異を生み出さないため、変化する環境に迅速に適応する能力がほとんどないということである。宝くじの原理は、無性生殖が不安定な環境でより一般的であるという証拠があるため、今日ではあまり受け入れられていない。これは、宝くじの原理が予測するのとは正反対である。[ 41 ]
