プリンキピア

第11章減数分裂と有性生殖

Section Summary節のまとめ

Nearly all eukaryotes undergo sexual reproduction. The variation introduced into the reproductive cells by meiosis provides an important advantage that has made sexual reproduction evolutionarily successful. Meiosis and fertilization alternate in sexual life cycles. The process of meiosis produces unique reproductive cells called gametes, which have half the number of chromosomes as the parent cell. When two haploid gametes fuse, this restores the diploid condition in the new zygote. Thus, most sexually reproducing organisms alternate between haploid and diploid stages. However, the ways in which reproductive cells are produced and the timing between meiosis and fertilization vary greatly.
ほぼすべての真核生物は有性生殖を行う。減数分裂が生殖細胞にもたらす変異は、有性生殖を進化上成功させた重要な利点となる。有性生殖の生活環では減数分裂と受精が交互に起こる。減数分裂は、親細胞の半分の染色体数を持つ、配偶子という固有の生殖細胞を作る。二つの半数体配偶子が融合すると、新しい接合子で二倍体の状態が回復する。このように多くの有性生殖生物は半数体段階と二倍体段階を交互に経る。ただし生殖細胞の作られ方や、減数分裂と受精の時間的関係は大きく異なる。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 18練習問題 18
Exercise 18問題 18
Figure 11.10 If a mutation occurs so that a fungus is no longer able to produce a minus mating type, will it still be able to reproduce?
図11.10 突然変異によって、ある菌類がマイナス接合型を作れなくなった場合、それでも繁殖できるだろうか。
Solution解き方
Figure 11.10 Yes, it will be able to reproduce asexually.
図11.10 できる。無性生殖によって繁殖できる。

Review Questions確認問題

Exercises 19–24練習問題 19–24
Exercise 19問題 19
What is a likely evolutionary advantage of sexual reproduction over asexual reproduction?
有性生殖が無性生殖より進化上有利となる理由として、考えられるものはどれか。
  1. Sexual reproduction involves fewer steps.
    有性生殖は段階が少ない。
  2. There is a lower chance of using up the resources in a given environment.
    ある環境の資源を使い果たす可能性が低い。
  3. Sexual reproduction results in variation in the offspring.
    有性生殖は子の間に変異を生む。
  4. Sexual reproduction is more cost-effective.
    有性生殖は費用対効果が高い。
Solution解き方
C
C
Exercise 20問題 20
Which type of life cycle has both a haploid and diploid multicellular stage?
半数体と二倍体の両方に多細胞段階があるのは、どの生活環か。
  1. asexual life cycles
    無性生殖の生活環
  2. most animal life cycles
    多くの動物の生活環
  3. most fungal life cycles
    多くの菌類の生活環
  4. alternation of generations
    世代交代
Solution解き方
D
D
Exercise 21問題 21
What is the ploidy of the most conspicuous form of most fungi?
多くの菌類で最も目立つ形態の倍数性は何か。
  1. diploid
    二倍体
  2. haploid
    半数体
  3. alternation of generations
    世代交代
  4. asexual
    無性
Solution解き方
B
B
Exercise 22問題 22
A diploid, multicellular life-cycle stage that gives rise to haploid cells by meiosis is called a ________.
減数分裂によって半数体細胞を生じる、生活環の二倍体・多細胞段階を＿＿＿＿という。
  1. sporophyte
    胞子体
  2. gametophyte
    配偶体
  3. spore
    胞子
  4. gamete
    配偶子
Solution解き方
A
A
Exercise 23問題 23
Hydras and jellyfish both live in a freshwater lake that is slowly being acidified by the runoff from a chemical plant built upstream. Which population is predicted to be better able to cope with the changing environment?
英語のヒント
ヒドラとクラゲがともに暮らす淡水湖が、上流に建てられた化学工場からの流出水によって徐々に酸性化している。環境の変化によりよく対処できると予測されるのは、どちらの個体群か。
  1. jellyfish
    クラゲ
  2. hydra
    ヒドラ
  3. The populations will be equally able to cope.
    両方の個体群が同程度に対処できる。
  4. Both populations will die.
    両方の個体群が死滅する。
Solution解き方
A
A
Exercise 24問題 24
Many farmers are worried about the decreasing genetic diversity of plants associated with generations of artificial selection and inbreeding. Why is limiting random sexual reproduction of food crops concerning?
英語のヒント
何世代にもわたる人為選択と近親交配に伴う植物の遺伝的多様性の低下を、多くの農家が懸念している。食用作物の無作為な有性生殖を制限することは、なぜ問題になるのか。
  1. Mutations during asexual reproduction decrease plant fitness.
    無性生殖中の突然変異が植物の適応度を低下させる。
  2. Consumers do not trust identical-appearing produce.
    消費者は見た目が同一の農産物を信用しない。
  3. Larger portions of the plant populations are susceptible to the same diseases.
    植物個体群のより大きな割合が、同じ病気にかかりやすくなる。
  4. Spores are not viable in an agricultural setting.
    農業環境では胞子が生存できない。
Solution解き方
C
C

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 25–29練習問題 25–29
Exercise 25問題 25
List and briefly describe the three processes that lead to variation in offspring with the same parents.
同じ両親を持つ子の間に変異を生じさせる三つの過程を挙げ、それぞれ簡潔に説明しなさい。
Solution解き方
a. Crossover occurs in prophase I between nonsister homologous chromosomes. Segments of DNA are exchanged between maternally derived and paternally derived chromosomes, and new gene combinations are formed. b. Random alignment during metaphase I leads to gametes that have a mixture of maternal and paternal chromosomes. c. Fertilization is random, in that any two gametes can fuse.
a. 第一分裂前期に、非姉妹の相同染色体間で乗換えが起こる。母親由来と父親由来の染色体間でDNAの部分が交換され、新しい遺伝子の組み合わせができる。b. 第一分裂中期の無作為な配置により、母親由来と父親由来の染色体が混ざった配偶子ができる。c. どの二つの配偶子でも融合できるという点で、受精は無作為である。
Exercise 26問題 26
Animals and plants both have diploid and haploid cells. How does the animal life cycle differ from the alternation of generations exhibited by plants?
動物と植物には、どちらも二倍体細胞と半数体細胞がある。動物の生活環は、植物に見られる世代交代とどう異なるか。
Solution解き方
Nearly all animals employ a diploid-dominant life-cycle strategy; only the gametes are haploid. Once the haploid gametes are formed, they lose the ability to divide again. There is no multicellular haploid life stage. Plants, in contrast, have a blend of the haploid-dominant and diploid-dominant cycles -- they have both haploid and diploid multicellular organisms as part of their life cycle. The diploid plant is called a sporophyte because it produces haploid spores by meiosis. The spores develop into multicellular, haploid plants that are called gametophytes because they produce gametes.
ほぼすべての動物は二倍体優勢の生活環を持ち、半数体なのは配偶子だけである。いったん半数体配偶子ができると、それらは再び分裂する能力を失う。多細胞の半数体段階はない。対して植物は半数体優勢と二倍体優勢の生活環を組み合わせ、生活環の中に半数体と二倍体の両方の多細胞個体を持つ。二倍体植物は減数分裂で半数体胞子を作るので胞子体と呼ぶ。胞子は多細胞の半数体植物へと発生し、これは配偶子を作るので配偶体と呼ぶ。
Exercise 27問題 27
Explain why sexual reproduction is beneficial to a population but can be detrimental to an individual offspring.
有性生殖が個体群には有利でも、一個体の子には不利になりうる理由を説明しなさい。
Solution解き方
Sexual reproduction increases the genetic variation within the population, because new individuals are made by randomly combining genetic material from two parents. Because only fit individuals reach sexual maturity and reproduce, the overall population tends toward increasing fitness in its environment. However, there is always a possibility that the random combination creating the offspring’s genome will actually produce an organism less fit for the environment than its parents were.
有性生殖は両親の遺伝物質を無作為に組み合わせて新個体を作るため、個体群内の遺伝的変異を増やす。適応した個体だけが性成熟して繁殖するので、個体群全体はその環境での適応度を高める傾向がある。ただし、子のゲノムを作る無作為な組み合わせが、親より環境への適応度の低い個体を生む可能性は常にある。
Exercise 28問題 28
How does the role of meiosis in gamete production differ between organisms with a diploid-dominant life cycle and organisms with an alternation of generations life cycle?
二倍体優勢の生活環を持つ生物と、世代交代する生物とでは、配偶子形成における減数分裂の役割はどう異なるか。
Solution解き方
Organisms with a diploid-dominant life cycle make haploid gametes by meiosis, while all their somatic cells are diploid. Organisms with an alternation of generations life cycle make gametes during their haploid life stage, so the chromosome number does not need to be reduced, and meiosis is not involved.
二倍体優勢の生活環を持つ生物は、減数分裂で半数体配偶子を作り、体細胞はすべて二倍体である。世代交代する生物は半数体段階で配偶子を作るため、染色体数を減らす必要がなく、減数分裂は関わらない。
Exercise 29問題 29
How do organisms with haploid-dominant life cycles ensure continued genetic diversification in offspring without using a meiotic process to make gametes?
半数体優勢の生活環を持つ生物は、配偶子形成に減数分裂を用いずに、どうやって子の遺伝的多様化を続けられるのか。
Solution解き方
Haploid-dominant organisms undergo sexual reproduction by making a diploid zygote. The cells that make the gametes are derived from haploid cells, but the + and – mating types that produce the zygote are randomly combined. The zygote also undergoes meiosis to return to the haploid stage, so multiple steps add genetic diversity to haploid-dominant organisms.
半数体優勢の生物は、二倍体接合子を作ることで有性生殖する。配偶子を作る細胞は半数体細胞に由来するが、接合子を作る＋型と−型は無作為に組み合わされる。接合子も半数体段階へ戻るために減数分裂するので、複数の段階で遺伝的多様性が加わる。
alternation of generations
世代交代
life-cycle type in which the diploid and haploid stages alternate
二倍体段階と半数体段階が交互に現れる生活環の型。
gametophyte
配偶体
a multicellular haploid life-cycle stage that produces gametes
配偶子を作る、生活環の多細胞・半数体段階。
germ cells
生殖細胞
specialized cell line that produces gametes, such as eggs or sperm
卵や精子などの配偶子を作る、特殊化した細胞系列。
life cycle
生活環
the sequence of events in the development of an organism and the production of cells that produce offspring
生物の発生と、子を生み出す細胞の形成における、一連の出来事。
sporophyte
胞子体
a multicellular diploid life-cycle stage that produces haploid spores by meiosis
減数分裂で半数体胞子を作る、生活環の多細胞・二倍体段階。