有性生殖が存在する理由を考える

共倒れからの考察のつづき。

植物の本などを読んでいると、「栄養生長」や「生殖生長」という言葉がよく出てくる。作物を育てる場合、コマツナ、ルッコラ、京菜のように、栄養生長の初期で収穫するものもあるし、キャベツやハクサイのように、ある程度まで生長させるが、生殖生長が始まって抽苔すると商品にならないものある。逆にブロッコリーや菜花は、抽苔させないと花蕾ができないし、菜種油は種子を収穫する。これららすべて、同じアブラナ科に属する植物だ。もちろん、穀物や果樹では、子実や果実を稔らせる。

植物の繁殖では、挿し木、根茎、根塊などで栄養繁殖させる方法があるが、多くは株同士を交配させる種子繁殖だ。植物の種子繁殖は有性生殖であり、減数分裂によって2倍体の生殖細胞から、1倍体の配偶子が生じる。その際、相同染色体の一部を交換する「組換え」が起きる。植物は、自家交配を防ぐために、雌雄異花、雌雄異熟、自家不和合、雌雄異株など、様々な機構を有している(2016年2月25日ブログ参照)。

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どうして、植物や動物は、こんなに面倒な有性生殖を行うのであろうか?性がオスとメスに分かれていると、交配する相手を探さないといけないので、無性生殖にくらべてコストが高くつく。とくに、雌雄異株(ブドウ科、イチョウなど)の雄木や、動物のオスは、種子や子供を産まないので、2倍以上のコストがかかる(Maynard Smith,1978)。さらに、動物のオスは、メスをめぐる闘いで敗れると遺伝子を存続できないし、ときには命を落とすこともある。自分の遺伝子を残すのなら、無性生殖のほうが断然コストが低いはずだ。

有性生殖の理由については、いくつかの説が唱えられている。

有性生殖では、交配と組換えによって、種の内部の遺伝的多様性が大きくなることで、環境の変化に対応できるという説がある。たとえば、「寒さに耐える遺伝子」や、「乾燥に強い遺伝子」が突然変異でできたとする。これらの遺伝子が、種の中に存在すれば、寒い年や乾燥の年がやってきても、全滅しないので、遺伝的多様性は、個体と種の存続に有利であることは間違いないであろう。ただし、遺伝子の多様性は無性生殖でも同じなので、変異(情報)の交換というところが、有性生殖の有利性である。

有害遺伝子蓄積説もよく知られた説だ。これは、無性生殖では、有害遺伝子が生じても、遺伝子の組換えが起こらないので、有害遺伝子を排除することができないというものだ。しかし、「有害」というのは、生存に有害という意味なのだから、有害遺伝子は自然淘汰によって死滅してしまうはずだ。ダーウィン進化論の基本であり、無性生殖でも有性生殖でも同じことである。

有性生殖の方が、遺伝子の攪拌が行われるので、環境に適応するスピードが速いという説もある。しかし、突然変異は自己複製の際のコピーミスのことなので、突然変異がおこる確率は無性生殖の生物も有性生殖の生物も変わらないはずだ。すなわち、適応スピードは、増殖スピードに左右される。無性生殖の細菌と有性生殖の動物では、細菌のほうがはるかに増殖スピードが速い。なので、これは逆であろう。

真核生物は、ミトコンドリアを獲得したことで、細胞内の活性酸素が増加した。活性酸素によってDNAが傷つきやすくなったため、有性生殖によってこれを修復しているという説もある。しかし、もともとミトコンドリアは好気性細菌のある種が、真核細胞に共生することによって獲得されたと考えられているので、真正細菌が一般に無性生殖であることを説明できない。

もっとも、真正細菌の大腸菌にはオスとメスの性が存在し、オス細菌とメス細菌が接合して、遺伝子を交換していることがわかってきた。ただし大腸菌の組換えが行われるのは、きわめてまれらしい。さらに、古細菌の好熱性菌では、生存条件が悪くなると、細菌同士が融合して、遺伝子の増幅や交換が行われることが知られている。

すなわち、個体間の遺伝子情報の交換は、真核生物、真正細菌、古細菌のすべてで行われていることになる。

有性生殖の理由として、有力なのは、「赤の女王仮説」(Van Valen,1973)だ。生物は、宿主とその寄生者とのあいだで絶え間ない軍拡競争を行っている。一般には、ウイルスや細菌などの寄生者のほうが、宿主よりも適応スピードが速い。そこで、植物や動物などの宿主生物は、有性生殖によって、生存に有利な遺伝子を、集団内で交換して共有したほうが、生存確率が高まる。集団遺伝学でいうところの「遺伝子プール」だ。

ただし、赤の女王仮説だけでは、どうして雌雄異株の雄木や動物のオスが、種子や子供を産まないのかの理由の説明が十分とはいえない。(つづく)

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投稿者: jcmswordp

著述、企画、編集。農家が教えるシリーズ(農文協)など

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