2012年12月25日 星期二

動物減數分裂產生的單倍體細胞稱為配子 In Animals, Meiosis Produces the Haploid Cells Called Gametes

探索生命《生物學》73
Johann Sebastian Bach Magnificat BWV 243 dir. Nikolaus Harnoncourt
1.        除了少數例外,絕大部分的動物終生都是雙倍體有機體。脊椎動物在胚胎發育時期,某些細胞被設定為生產配子。
2.        這些初始生殖細胞primordial germ cells移到性腺(雌性動物的性腺是卵巢,雄性動物的性腺是睪丸),並且分裂成卵原細胞oogonia(雌性卵巢)或精原細胞spermatogonia(雄性睪丸)。
3.        接下來,這些細胞將會分裂與分化產生特殊的細胞,稱為初級卵母細胞primary oocytes或初級精母細胞primary spermatocytes,它們是身體裡面唯一會進行減數分裂的細胞。
4.        到了複製階段,高等動物體內的初級卵母細胞或初級精母細胞減數分裂產生卵子和精子,這是單倍體的配子,精卵結合後就會形成雙倍體的合子;然後,合子有絲分裂成雙倍體的多細胞成體。
5.        在雄性動物,睪丸的生精細管上的精原細胞產生精細胞。當雄性動物性成熟,精原細胞持續分裂形成新的初級精母細胞;
6.        每個初級精母細胞再進行第一次減數分裂meiosisⅠ產生2個次級精母細胞,然後次級精母細胞再進行第二次減數分裂meiosisⅡ產生4個單倍體細胞。
7.        從精母細胞減數分裂而成的4個單倍體細胞很快地分化成精細胞,精細胞尾部是很長的鞭毛,頭部裡面主要是細胞核,還有少量的細胞質。產生精子的過程稱為精子生成spermatogenesis。
8.        年輕的成年雄性每天製造1.2億個精細胞。精子能夠在男性輸精管生存1個月,只能在雌性體內生存24到48小時。
9.        雌性動物的卵細胞在卵巢的囊泡內製造出來,卵巢囊泡製造卵細胞的過程稱為卵子生成oogenesis。人類男性的精細胞從青春期之後不停地製造生產,這是雄性動物的情形,然而雌性動物則是從胚胎開始進行多步驟的卵子生成。
10.     胚胎發育時期,從初始生殖細胞primordial germ cells而來的卵原細胞oogonia,分裂與分化成初級卵母細胞primary oocytes,然後開始進行減數分裂程序。
11.     人類女性的初級卵母細胞停止在前期Ⅰ,而且保持在這個階段許多年。人類女性出生時大約有200萬顆初級卵母細胞,大部分的初級卵母細胞在青春期前就會萎縮。
12.     人體在荷爾蒙的影響下性成熟後,每次月經都會刺激一個初級卵母細胞啟動完整的第一次減數分裂meiosisⅠ。
13.     初級卵母細胞減數分裂產生二個單倍體細胞,這二個單倍體細胞大小不一樣:比較大顆的細胞是次級卵母細胞secondary oocyte,小的那個細胞是極體polar body。
14.     人類卵巢釋放出來的卵子是次級卵母細胞,這個次級卵母細胞尚未完成第二次減數分裂meiosis Ⅱ,次級卵母細胞被精子穿透後才完成第二次減數分裂meiosis Ⅱ。
15.     次級卵母細胞第二次減數分裂meiosis Ⅱ後產生一個次級極體和一個大細胞,這顆大細胞隨後分化成卵子ovum。第一次減數分裂產生的極體可能有,也可能沒有進行第二次減數分裂。
16.     總之,卵巢的初級卵母細胞進行完整的減數分裂只會產生一個卵子。極體基本上沒有功能的。
17.     卵巢製造出一大顆卵細胞和三小顆極體是因為細胞質分裂得不均勻,絕大部分的細胞質都分配給卵子,製造卵子時讓細胞質不均勻分裂是有好處的,它將絕大部分的細胞質分配給卵子,以儲存足夠的食物給胚胎。
18.     事實上,卵子是提供胚胎養分的主力,而精子只有提供它的基因。

植物減數分裂產生的單倍體稱為孢子 In Plants, Meiosis Produces Haploid Cells Called Spores
19.     植物減數分裂產生的單倍體稱為孢子spores,通常孢子會繼續有絲分裂成單倍體的多細胞植物體。
20.     讓我們扼要地討論植物的生命週期,在這裡我們舉的例子是蕨類,蕨類減數分裂產生的是孢子而不是配子。
21.     在生命週期雙倍體階段的蕨類,它在繁殖器官內的某些細胞會先減數分裂成單倍體的孢子haploid spores,這是一系列繁殖過程的第一步驟。這些孢子接著有絲分裂成長為單倍體的多細胞植物,這是繁殖的第二步驟。
22.     單倍體的多細胞植物最後製造出特化的配子細胞,也就是精子和卵子,這是繁殖的第三步驟;特別留意,這些配子是經由有絲分裂產生,而不是減數分裂,因為製造他們的多細胞植物本身已經是單倍體。
23.     精卵二種配子結合後形成雙倍體的接合子diploid zygote,這是第四步驟;接合子接著進行有絲分裂成長為雙倍體的植物,這是第五步驟。然後雙倍體植物再製造孢子,重新開啟一個生命週期。
24.     大部分植物的生命週期都有二種多細胞階段,雙倍體的多細胞植物製造孢子階段和單倍體多細胞植物製造配子的階段。少數植物的生命週期像動物,直接減數分裂產生配子,沒有孢子階段和單倍體植物階段。
n      翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》;圖片來源/Studyblue、Cueflash、Buffonescience9、Arifzaesty-uns
 

絕大多數有機體採用有性生殖,因為有性生殖有機會改變基因

探索生命《生物學》74
Sexual Reproduction, With Its Potential for Genetic Change, Is the Basic Mode of Reproduction in Most Organisms
1.        絕大多數植物與動物採用有性生殖,這使我們容易誤以為全世界所有的生物都是有性生殖,然而,事實並非如此。這世界上有許多植物和動物是無性生殖,他們直接以有絲分裂細胞的方式繁殖新的個體。
2.        無性生殖比較簡單有效率,無性生殖的生物繁殖不需要找伴侶,只要複製自己就可以了。既然如此,為什麼演化到後來有性生殖勝過無性生殖?(有性生殖的生物比較多,也比較高等)
3.        有絲分裂產生的新細胞與他們的父母細胞一樣。每個新誕生的細胞從父母身上得到一組複製版的基因。因此有絲分裂產生的後代其特徵基本上與父母的特徵一樣。換句話說,無性生殖不會使族群的基因變得多樣。
4.        無性生殖產的每個個體彼此基因一樣,並且也與父母一樣,這樣的族群稱為無性系clone。
5.        那麼雙倍體染色體的生物個體經由有性生殖繁殖的後代又是如何呢?父親的精子與母親的卵子這二個單倍體配子精卵結合後,產生新個體的第一個細胞(接合子)。
6.        為了瞭解有性生殖如何產生多樣的後代,我們假設某個有機體共有6條染色體;其中3條染色體來自於母親,另外3條染色體來自於父親,形成3對同源染色體。
7.        個體每一次減數分裂產生的配子,只有每一對染色體的其中一條。我們設定的有機體是3對同源染色體,總共有8種不同的染色體組合,可以產生8種不同的配子。
8.        判斷染色體到底有多少組合的計算方式如下:首先,配子的染色體數是2n,其中n是單倍體染色體的數量(2是1對染色體的意思,n是有幾對染色體的意思);一個接合子(受精卵)是由2個配子結合而成(精子和卵子),它的染色體組合可能有(2n)×(2n)或(2n)2種。
9.        舉例來說,人類繁殖的子代其染色體組合可能有(223)2或7×1013。因此有性生殖可產生非常多元的後代。減數分裂期間,不同的染色體會交叉發生互換,更增加了基因的多樣組合。
10.     與無性生殖的有絲分裂不同,有性生殖能夠產生新的染色體組合,擴大族群變異性。
11.     基因多樣有利於族群生存。多樣的族群面對天擇,生存下來個體繼續繁衍較能適應環境的下一代,不適應的個體就滅絕。族群若沒有多樣的基因,無法進行演化,也無法應付環境的變遷。後代基因比較多樣的族群,比基因統一的族群,更有機會適應新的環境條件。
12.     牛津大學 William D. Hamilton對有性生殖與生物適應性的關係提出新觀點,有性生殖的演化有助於有機體抵抗寄生蟲的傷害。
13.     有性生殖可產生的各式各樣基因的後代,增加繁殖出抗寄生蟲的後代的機率,這些能夠對抗父母遭遇的寄生蟲的後代成功生存下去之後,繁殖出大量能夠對抗寄生蟲的後代。
14.     相反地,無性生殖的後代基因與父母一樣,父母被寄生蟲所害,子女也跟著被寄生蟲所害。有性生殖的基因庫種類繁多,因此能演化出抵抗寄生蟲的族群。
15.     無性生殖也有優點,當環境條件一直維持恆定不變,無性生殖對族群發展比較有利。無性生殖讓本來就已經適應環境的個體,能夠迅速繁殖一批跟父母一樣適應環境的個體。現代園藝都是用無性生殖的方式繁殖有商業價值的裝飾性植物和糧食作物。
16.     由於地球上絕大多數的環境或短或長地持續變動,比較有能力創造出多變基因的有性生殖顯然比無性生殖更有利。有性生殖已經成為絕大多數有機體的基本繁殖模式。
n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》
參考資料:

2012年12月24日 星期一

錢不該買的東西-自己欠的債

Last Christmas(The chipettes)
【摘要12.24.2012葉家興 蘋果】哈佛大學政治哲學教授桑德爾風塵僕僕地跑了亞洲的幾個城市,錢買得到性,但買不到愛;買得到朋友,但買不到友誼;買得到醫療,但買不到健康;買得到地位,但買不到尊重。這些道理,幾乎所有人都同意。因此書名所言「錢不能買的東西」,恐怕應改為「錢不該買的東西」。例如,書中的代理孕母、器官買賣、插隊權利、絕症保單貼現、恐怖攻擊的預測市場等,桑德爾教授認為即使合法,也有腐蝕人性、腐化道德的危機。
然而,桑德爾書中的例子及拉繆教授的書評,大多著墨私部門的市場創新。這些例子固然讓人們反省市場及市場價值的擴張,是不是侵入許多它們本不該存在的領域,但也不免失之零碎。眼前最大最嚴重的不道德與腐化危機,其實在於政府用「自己印的錢」來買「自己欠的債」。
個人若自印鈔票來還卡債、房貸,這是以假鈔、偽鈔擾亂市場秩序,是刑事罪行。然而美國聯準會連續4次美其名為「量化寬鬆」(QE)的印鈔行動,卻未受到桑德爾教授的重視。第一次QE,我們或許可諒解,為解決流動性危機,考量到這種「腐蝕道德」行為提供的社會效益,我們可忍受QE1這種非常規貨幣決策。
但在企業與銀行錢滿為患,股市連創金融海嘯後新高之際,聯準會又以QE2、QE3、QE4來買自家的債。聯準會哪來的錢?為什麼桑德爾教授不能以堅持道德的童真,質疑國王的新衣?何況,「債務貨幣化」手段,助長公部門無效率與私部門的投機,不僅以鄰為壑,也以下一代的福祉為代價。這麼反生產力且腐蝕道德的不公義行徑,怎不見桑德爾教授的批判?
聯準會口口聲聲要解決流動性問題,其實已演變為壞債問題。沒有一個個人或企業可在債務愈滾愈大後,透過印鈔票來清償債務。而美國政府愈滾愈大的債,用自己印的鈔票來還,已逾越道德界線。
可惜,桑德爾教授對聯準會的瘋狂實驗置之不理,金錢腐蝕道德的最大宗案例在官府,他卻只拿小老百姓的零碎個案來說嘴。