2012年12月25日 星期二

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(21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)(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)27×1013。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
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