再生
Biological process

ミラクルリーフプラント（カランコエ・ピナタ）の葉縁に沿って新たな個体が生まれている様子。手前の小さな植物は高さ約1cm（0.4インチ）である。この無性生殖過程によって、「個体」という概念は明らかに拡張されている。

生殖（または生殖、繁殖）とは、新たな個体（「子孫」）が「親」から生み出される生物学的プロセスです。生殖には、無性生殖と有性生殖の2つの形態があります。

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りません。生物のクローン化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複製を作成します。有性生殖の進化は生物学者にとって大きな謎です。有性生殖には二重のコストがかかります。それは、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[2]です。

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な相互作用を必要とします。配偶子は通常の細胞の染色体の半分の数を持ち、減数分裂によって形成されます。通常、精子は 同種の卵子と受精し、受精卵を形成します。これにより、2つの親生物の遺伝的特徴を受け継いだ子孫生物が生まれます。

方法

無性愛者

無性生殖とは、生物が他の生物の遺伝物質の影響を受けずに、遺伝的に類似または同一の複製を作り出すプロセスです。細菌は二分裂によって無性分裂し、ウイルスは宿主細胞を支配してより多くのウイルスを産生します。ヒドラ（ヒドロイデア目の無脊椎動物）と酵母は出芽によって繁殖します。これらの生物は多くの場合、性別を持たず、2つ以上の複製に「分裂」することができます。ほとんどの植物は無性生殖能力を持っており、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ります。例えば、ほとんどの植物は栄養生殖（種子や胞子を伴わない生殖）が可能ですが、有性生殖も可能です。同様に、細菌は接合 によって遺伝情報を交換することができます。

無性生殖の他の方法としては、単為生殖、分裂、そして有糸分裂のみを伴う胞子形成があります。単為生殖とは、受精を伴わない胚または種子の成長と発達です。単為生殖は、下等植物（無融合生殖と呼ばれる）、無脊椎動物（例：ミジンコ、アブラムシ、一部のハチ、寄生蜂）、脊椎動物（例：一部の爬虫類、[3]一部の魚類、[4]、そして非常にまれに家禽類[5]）など、一部の種で自然に発生します。

性的

有性生殖は、2つの生物の遺伝物質を結合させることで新しい生物を作り出す生物学的プロセスであり、このプロセスは特殊な細胞分裂である減数分裂から始まる。2つの親生物はそれぞれ、半数体配偶子を作成することで、子孫の遺伝的構成の半分を提供する。[8]ほとんどの生物は2つの異なるタイプの配偶子を形成する。これらの異配偶種では、2つの性別は雄（精子または小胞子を産生）と雌（卵子または大胞子を産生）と呼ばれる。 [9]同配偶種では、配偶子は形状が類似または同一（同配偶子）であるが、分離可能な特性を持つ場合があり、異なる名前が付けられることがある（同配偶性を参照）。[10]両方の配偶子は外観が似ているため、一般的に雄または雌に分類することはできません。例えば、緑藻類のクラミドモナス・ラインハルティには、いわゆる「プラス」配偶子と「マイナス」配偶子が存在します。 A few types of organisms, such as many fungi and the ciliate Paramecium aurelia , [11] have more than two "sexes", called mating types . Most animals (including humans) and plants reproduce sexually. Sexually reproducing organisms have different sets of genes for every trait (called alleles ). Offspring inherit one allele for each trait from each parent. Thus, offspring have a combination of the parents' genes. It is believed that "the masking of deleterious alleles favors the evolution of a dominant diploid phase in organisms that alternate between haploid and diploid phases" where recombination occurs freely. [12] [13]

コケ植物は有性生殖を行うが、より大型で一般的に見られる生物は半数体で配偶子を形成する。配偶子は融合して接合子を形成し、これが胞子嚢に発達し、さらに半数体の胞子を形成する。二倍体段階は半数体段階、すなわち半数体優性に比べて比較的小さく短命である。二倍体の利点である雑種強勢は、二倍体生命世代にのみ存在する。コケ植物は、半数体段階が雑種強勢の恩恵を受けないという事実にもかかわらず、有性生殖を維持する。これは、有性生殖には、種のメンバー間での遺伝子組み換えなど、雑種強勢以外の利点があり、より幅広い形質の発現を可能にし、その結果、集団が環境変動に対してより生存可能になることを示しているのかもしれない。[14]

異婚

他殖とは、花が他家受粉によって受精することであり、これはある花の卵子が別の植物の花粉から得た精子によって受精するときに起こります。[15] [16]花粉は、花粉媒介者や風などの非生物的媒介物によって運ばれます。受精は、花粉が花粉管を通って雌性配偶子に運ばれることで始まります。他殖は、自家受精の方法である自家受精や同性受精とは対照的に、交雑受精とも呼ばれます。

自殖

自家受精は、自殖としても知られ、受精で融合する2つの配偶子が同じ個体に由来する雌雄同体の生物で発生します。例として、多くの維管束植物、一部の有孔虫、一部の繊毛虫が挙げられます。[16]「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）の代わりに使用されることもあり、同じ花の中での自家受粉を指し、同じ顕花植物の別の花に花粉を運ぶ異花受粉[17]、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

有糸分裂と減数分裂は細胞分裂の一種です。有糸分裂は体細胞で起こり、減数分裂は配偶子で起こります。

有糸分裂 有糸分裂によって生じた細胞数は元の細胞の2倍になります。子細胞の染色体の数は親細胞と同じです。

減数分裂： 結果として生じる細胞数は元の細胞の4倍になります。これにより、染色体数は親細胞の半分になります。二倍体細胞は自己複製し、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つの一倍体細胞を形成します。この過程は、第一減数分裂と第二減数分裂の2つの段階で起こります。

配偶子形成

哺乳類を含む動物は、生殖腺（雄では精巣、雌では卵巣）での 減数分裂によって配偶子（精子と卵子）を生成する 。精子は精子形成によって生成され、卵子は卵子形成によって生成される。哺乳類の配偶子形成の過程では、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の発現が増強または特化される。[18]動物の精巣で生成される 雄の生殖細胞は、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殊なDNA修復プロセスが可能である。 [19]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。[19]卵巣の原始卵胞にある卵母細胞は、成長していない前期停止状態にあるが、二本鎖切断などのDNA損傷を高効率で相同組換え修復することができる。[20]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ます。[20]

同性

Scientific research is currently investigating the possibility of same-sex procreation, which would produce offspring with equal genetic contributions from either two females or two males.[21][22][23] The obvious approaches, subject to a growing amount of activity, are female sperm and male eggs. In 2004, by altering the function of a few genes involved with imprinting, other Japanese scientists combined two mouse eggs to produce daughter mice[24] In 2010, American scientists used genetically manipulated stem cells to produce viable mouse offspring carrying genetic contributions from two fathers.[25][26] In 2018 Chinese scientists created 29 female mice from two mice mothers but were unable to produce viable offspring from two father mice. Researches noted that there is little chance these techniques would be applied to humans in the near future.[27][28] In 2023, Japanese scientists created mouse pups from two mice fathers which grew into adulthood.[29]

Strategies

There are a wide range of reproductive strategies employed by different species. Some animals, such as the human and northern gannet, do not reach sexual maturity for many years after birth and even then produce few offspring. Others reproduce quickly; but, under normal circumstances, most offspring do not survive to adulthood. For example, a rabbit (mature after 8 months) can produce 10–30 offspring per year, and a fruit fly (mature after 10–14 days) can produce up to 900 offspring per year. These two main strategies are known as K-selection (few offspring) and r-selection (many offspring). Which strategy is favoured by evolution depends on a variety of circumstances. Animals with few offspring can devote more resources to the nurturing and protection of each individual offspring, thus reducing the need for many offspring. On the other hand, animals with many offspring may devote fewer resources to each individual offspring; for these types of animals it is common for many offspring to die soon after birth, but enough individuals typically survive to maintain the population. Some organisms such as honey bees and fruit flies retain sperm in a process called sperm storage thereby increasing the duration of their fertility.

Other types

  • Polycyclic animals reproduce intermittently throughout their lives.
  • 一回性生物は生涯に一度しか繁殖しません[30]。例えば、一年生植物（すべての穀物を含む）、サケ、クモ、タケ、センチュリープラントなどの特定の種が挙げられます[31] 。これらの種は繁殖後すぐに死ぬことがよくあります。これはr戦略家と関連付けられることが多いです。
  • 多年生植物のように、経産生物は連続的な（例えば年間または季節的な）サイクルで子孫を残します。経産動物は複数の季節（または周期的な環境変化）にわたって生存します。これはK戦略家とより関連があります。

無性生殖と有性生殖

有性生殖の二重コストの図解。各生物が同じ数の子孫（2匹）を産むとすると、（a）個体群は各世代で同じ大きさのままであるが、（b）無性生殖個体群は各世代で2倍の大きさになる。

無性生殖によって繁殖する生物は、数が指数関数的に増加する傾向があります。しかし、DNAの変異を突然変異に依存しているため、同種のすべての個体は同様の脆弱性を抱えています。有性生殖によって繁殖する生物は、子孫の数は少ないものの、遺伝子の変異が大きいため、病気に対する感受性が低くなります。

多くの生物は、無性生殖だけでなく有性生殖も行うことができます。アブラムシ、粘菌、イソギンチャク、一部のヒトデ（分断による）、そして多くの植物などがその例です。環境要因が良好な場合、豊富な食料、適切な隠れ場所、好ましい気候、病気、最適なpH、その他の生活様式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無性生殖が行われます。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、無性生殖戦略を通じて指数関数的に増加します。[32]

食料源が枯渇したり、気候が過酷になったり、あるいはその他の生息環境の悪化によって個体の生存が危ぶまれたりすると、これらの生物は有性生殖へと移行します。有性生殖は、種の遺伝子プールの混合を確実にします。有性生殖によって生まれた子孫に見られる変異は、一部の個体が生存により適した個体となることを可能にし、選択的適応が生じるメカニズムを提供します。また、性周期における減数分裂段階は、DNA損傷の特に効果的な修復を可能にします（減数分裂を参照）。[32] 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ライフステージの形成をもたらします。このように、種子、胞子、卵、蛹、嚢子、あるいはその他の「越冬」段階である有性生殖は、不利な時期における生存を確保し、生物は適応状態に戻るまで不利な状況を「やり過ごす」ことができます。

人生がない

生殖能力のない生命の存在については、様々な憶測が飛び交っています。生命の起源が、生殖能力のない要素から生殖能力のある生物へとどのように変化したかを解明する生物学的研究は、アビオジェネシス（生命起源論）と呼ばれています。独立したアビオジェネシス現象が複数発生したかどうかはさておき、生物学者は、地球上の現生生命の最後の普遍的祖先は約35億年前に存在していたと考えています。

科学者たちは、実験室で非生殖的に生命を創造する可能性について推測してきました。何人かの科学者は、全くの非生物的材料から単純なウイルスを作り出すことに成功しています。[33]しかし、ウイルスはしばしば非生物的であるとみなされます。タンパク質のカプセルの中にある少量のRNAまたはDNAに過ぎないため、代謝がなく、乗っ取られた細胞の代謝機構 の助けを借りてのみ複製することができます。

祖先を持たない真に生きた生物（例えば単純な細菌）の作製ははるかに複雑な作業となるが、現在の生物学知識によれば、ある程度は可能かもしれない。合成ゲノムを既存の細菌に導入し、本来のDNAを置換することで、新たなM. mycoides生物を人工的に作製した事例がある。[34]

There is some debate within the scientific community over whether this cell can be considered completely synthetic [35] on the grounds that the chemically synthesized genome was an almost 1:1 copy of a naturally occurring genome and, the recipient cell was a naturally occurring bacterium. The Craig Venter Institute maintains the term "synthetic bacterial cell" but they also clarify "...we do not consider this to be "creating life from scratch" but rather we are creating new life out of already existing life using synthetic DNA". [36] Venter plans to patent his experimental cells, stating that "they are pretty clearly human inventions". [35] Its creators suggests that building 'synthetic life' would allow researchers to learn about life by building it, rather than by tearing it apart. They also propose to stretch the boundaries between life and machines until the two overlap to yield "truly programmable organisms". [37]研究者らは、「真の合成生化学的生命」の創造は現在の技術で比較的実現可能であり、人類を月に送るのに必要な労力に比べて安価であると述べた。[38]

宝くじの原則

有性生殖には多くの欠点があります。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てしまうからです。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ります。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一つとして、宝くじを例に挙げました。 [39]彼は、子孫に遺伝的多様性をほとんど、あるいは全く生み出さない無性生殖は、同じ数字のチケット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を狭めてしまうと主張しました。一方、有性生殖は、より少ない枚数のチケットを買うようなもので、より多様な数字のチケットを買うため、当選する可能性が高くなると主張しました。この例えの要点は、無性生殖は遺伝的多様性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す。宝くじの原理は、無性生殖が不安定な環境でより多く見られ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ません。これは、宝くじの原理が予測する結果とは逆です。[40]

参照

注記

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参考文献

さらに読む

ウィキメディア・コモンズには、生殖に関連するメディアがあります。
  • 無性生殖 アーカイブ 2018-01-22 at the Wayback Machine
  • 生殖生物学ジャーナル
  • Journal of Andrology 2005-11-07 アーカイブ - Wayback Machine
  • 「生殖」 ブリタニカ百科事典（第11版）。1911年。
  • 「複製と再生」スタンフォード哲学百科事典
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