安定して変異体を作り出す減数分裂→有性生殖システムが進化を促進した

2007-10-24

安定して変異体を作り出す減数分裂→有性生殖システムが進化を促進した

07/10/21（日）のなんでや劇場＜生物史から学ぶ自然の摂理④
有性生殖への道のり２＞のおさらいレポートをこれから3回に分けてお送りします。今日はその1回目、減数分裂の意味です。

世界には多種多様な生物がいます。この多様性を生み出しているのは、環境（≒外圧）の変化への適応の戦略・方法の違いといえます。DNA（≒遺伝子）の組み換えにより多様な同類他者（非自己）を作り出すことで、環境（≒外圧）に適応し続けてきました。
DNAの修復と組み替えが、生物の進化を推し進める原動力です。次代の子孫を残す際に必ず発生する『分裂』の時の、DNAの修復と組み換えが進化の源泉です。

初期生物は単純分裂でしか次代に子孫を残す事はできません。ランダムに発生する突然変異でだけ、変異体を次代に子孫を残す事ができます。

この後の真核単細胞生物では、単純分裂だけではなく、「減数分裂」と「接合（受精）」によって、同類他者＝変異体を「確実」に、かつ「安定」して生み出すことに成功しました。意図的に「安定」的な「変異」をつくり出すシステム＝有性生殖システムを生み出したのです。この減数分裂（と接合）の仕組みが、その後の多細胞生物への進化に決定的な位置を占めています。

それを細かく見ていきましょう。

（なんでや劇場資料２８を編集）

上図のように、原核生物では１セットのDNAを2倍に、つまり2セットにした後、分裂する「単純分裂」で次代に子孫を残します。単純分裂で発生する変異体は、紫外線などによるDNAの損傷によるものか、分裂時の突然変異のどちらかによるものです。

（なんでや劇場資料２８を編集）

普段、1倍体（n）単細胞状態で動き回っている生物は、単純分裂によって子孫を残し（≒数を増やし）ています。しかし、周囲の環境が変化し飢餓状態に陥ると同種の1倍体単細胞生物と「接合」し、一種の冬眠状態に入ります。再び周囲の栄養状態が良くなると、「減数分裂」により、4匹の1倍体単細胞生物に戻って、動き始めます。この減数分裂時に遺伝子の組み換えが発生するので、元の2匹と全く同じものは誕生しません。4匹とも全て変異体です。これは、環境の変化に対して、必ず変異体を作り出す仕組みを獲得したことを意味します。

（なんでや劇場資料２８を編集）

この後、2倍体（2n）の状態で動き回る単細胞生物が発生します。現存するものではゾウリムシなどが当たります。この2倍体単細胞生物は、通常状態では単純分裂によって子孫を残し（≒増殖し）ます。しかし、これだけだと安定的に変異体を作り出すことができません。そこで、減数分裂により1倍体細胞を作り出し、同種で別の細胞から発生した1倍体細胞と接合することで、次世代の2倍体単細胞生物となります。
（※ここで、上二つの図を見比べると、右側は全く同じサイクルで、スタートの位置がズレているだけです。”通常状態”が1nか2nかを分けています。）
この2倍体単細胞生物の中から、多細胞生物が生まれます。この多細胞生物は、上図の左側の単純分裂の仕組みを子孫を残すためではなく「体細胞を作り出すためだけ」に使います。また、右側の減数分裂は「子孫を残すためだけ＝受精卵を作り出すためだけ」に使われます。