성 생식

Sexual reproduction
성생식의 첫 단계인 '메아시스'에서는 염색체 수가 디플로이드 수(2n)에서 하플로이드 수(n)로 줄어든다.'숙성'을 하는 동안, 하플로이드 생식체가 함께 모여 디플로이드 zygote를 형성하고, 원래의 염색체 수가 복원된다.

성생식은 단일 염색체(하플로이드)를 가진 생식세포(정자나 난자 세포 등)가 다른 것과 결합해 두 개의 염색체(디플로이드)를 가진 세포로 구성된 유기체로 발전하는 지고테를 생산하는 복잡한 수명주기가 수반되는 생식의 일종이다.[1]성생식은 동물, 곰팡이, 식물과 같은 다세포 진핵생물에서 가장 흔한 생명 주기다.성생식은 원핵생물(세포핵이 없는 유기체)에서는 발생하지 않지만, 초기 진핵생물에서 성생식에 선행했을 가능성이 있는 박테리아 결합, 변형, 전도와 같은 유사한 효과를 가진 과정을 가지고 있다.

진핵생물의 성세포 생산에서 디플로이드 모세포는 유전적 재조합을 수반하는 감수분열이라는 과정에서 생식세포로 알려진 하플로이드 세포를 생산하기 위해 분열한다.동음이의 염색체들은 DNA 염기서열이 서로 정렬되도록 짝을 이루며, 이는 그들 사이의 유전정보 교환이 뒤따른다.그런 다음 두 번의 세포 분열은 4개의 하플로이드 게이메트를 생성하는데, 각 하플로이드 게이메트는 각 부모 세포의 염색체 수의 절반의 수를 가지고 있지만 부모 염색체의 유전 정보가 다시 결합되어 있다.두 개의 하플로이드 게이메트는 수정이라고 불리는 과정에서 zygote라고 알려진 하나의 디플로이드 세포로 결합된다.이 zygote는 두 개의 생식세포에서 나온 유전 물질을 통합한다.염색체 수의 변화 없이 여러 개의 세포 분열은 다세포 디플로이드 위상이나 세대를 형성한다.

인간의 생식에서는 각각의 세포가 23쌍으로 46개의 염색체를 포함하고 있다.부모 생식기의 감수분열은 생식체를 생성하는데, 각각은 부모 염색체에 포함된 DNA 서열의 유전적 재조합인 23개 염색체만 포함하고 있다.생식세포의 핵이 모여 수정란이나 지고테를 형성할 때, 결과 아이의 각 세포는 각 부모로부터 23개의 염색체, 즉 총 46개의 염색체를 갖게 된다.[2][3]

식물에서만 산발적으로 알려진 디플로이드 위상은 발아한 다음 유사분열로 분열하여 산모세포에 의해 직접 생식체를 생산하는 다세포 위상인 생식세포 위상을 형성하는 감수분열에 의해 포자를 생성한다.이러한 유형의 생애 주기는 두 다세포 단계인 성적 하플로이드 생식기와 무성 생식 사이의 교대작용과 관련된 것으로 세대교대라고 알려져 있다.

성적 재생산의 진화는 역설적으로 여겨지는데,[3] 무성 생식은 창조된 모든 젊은 유기체가 자신의 새끼를 가질 수 있기 때문에 그것을 능가할 수 있어야 하기 때문이다.이것은 무성의 인구가 각 세대와 함께 더 빠르게 성장할 수 있는 내재적 능력을 가지고 있다는 것을 암시한다.[4]이 50%의 비용은 성적 재생산의 건강상의 단점이다.[5]성비의 2배는 이 비용과 어떤 유기체라도 자신의 유전자의 50%만 자손에게 물려줄 수 있다는 사실을 포함한다.성적 번식의 확실한 장점은 그것이 유전적 돌연변이의 축적을 방해한다는 것이다.[6]

성적 선택이란 성적 번식을 위한 짝을 더 잘 확보한다는 이유로 일부 개인이 다른 개체보다 더 많이 재생산하는 자연 선택 방식이다.[7][8]그것은 "무성인구에 존재하지 않는 강력한 진화력"[9]으로 묘사되어 왔다.

진화

주요 기사:성재생의 진화

eukaryotes에서 성적 재생산에 대한 최초의 화석화된 증거는 약 10억 5천만년 전 스테니아 시대로부터 왔다.[10][11]

진화론을 연구하는 생물학자들은 성적 재생산의 발달과 그 유지에 대한 몇 가지 설명을 제안한다.이러한 이유들에는 유해한 돌연변이의 축적 가능성 감소, 변화하는 환경에 대한 적응율 증가,[12] 경쟁, DNA 수리 및 유해한 돌연변이의 위장 등이 포함된다.[13][14][15]왜 성적 재생산이 유지되어 왔는지에 대한 이러한 모든 생각들은 일반적으로 지지를 받지만, 궁극적으로 인구의 크기는 성적 재생산이 전적으로 유익한지를 결정한다.더 큰 집단은 더 작은 집단의 크기보다 성적인 번식을 통해 얻은 일부 편익에 더 빨리 반응하는 것으로 보인다.[16]

성적 재생산의 유지에 대해서는 이러한 모델들 중 일부는 논란의 여지가 남아 있지만, 몇 가지 선택 단계에서 작용한다는 이론에 의해 설명되어 왔다.[citation needed]그러나 최근 몇 년 동안 제시된 새로운 모델들은 복잡한 유기체를 천천히 재생산하는 데 있어서 성적 생식에 대한 기본적인 이점을 제시한다.

성적 번식은 이러한 종들이 그들이 살고 있는 특정한 환경과 그들이 사용하는 특정한 생존 전략에 따라 다른 특성을 나타낼 수 있게 한다.[17]

성선택

주요기사 : 성적선택

성적으로 번식하려면 남녀 모두 짝을 찾아야 한다.일반적으로 동물에서 짝을 선택하는 것은 암컷에 의해 이루어지는 반면 수컷은 선택받기 위해 경쟁한다.이것은 유기체가 전투와 디스플레이와 같은 생식을 위해 극도의 노력을 하게 하거나, 피셰리아 가출로 알려진 긍정적인 피드백에 의해 야기되는 극단적인 특징을 만들어낼 수 있다.그러므로 자연선택의 한 형태로서 성적 재생산은 진화에 영향을 미친다.성적 이형성은 같은 종의 남성과 여성 사이에 기본적인 표현형질이 다른 것이다.이형성은 성기관 및 2차 성 특성, 신체 크기, 체력 및 형태학, 생물학적 장식, 행동 및 기타 신체 특징 모두에서 발견된다.그러나 성적인 선택은 성적인 이형성으로 이어지는 오랜 시간 동안만 암시된다.[18]

동물

추가 정보:생식계통 § 동물, 동물의 수정, 동물의 성행위

곤충들

추가 정보:곤충 § 재생산 및 개발
알을 낳는 호주 황제 잠자리는 수컷이 지키고 있다.

곤충 종은 현존하는 모든 동물 종의 3분의 2 이상을 차지한다.대부분의 곤충 종은 성적으로 번식하지만, 일부 종은 기능적으로 처녀생식을 한다.많은 곤충 종들은 성 이형성을 가지고 있는 반면, 다른 종들에서는 성이 거의 같아 보인다.전형적으로 그들은 정자조아와 난자를 생산하는 수컷과 암컷 난자를 가진 2개의 성을 가지고 있다.난자는 내부 수정 전에 형성되는 초리온이라는 덮개를 가진 난자로 발전한다.곤충들은 매우 다양한 짝짓기와 생식 전략을 가지고 있는데, 그 결과 수컷이 암컷 안에 정조세포들을 축적하게 되는데, 수컷은 암컷이 난자 수정을 할 준비가 될 때까지 그것을 저장한다.수정 후, 그리고 지고테의 형성, 그리고 다양한 발달 정도에서, 많은 종에서, 알들은 암컷 바깥에 퇴적되는 반면, 다른 종에서는 암컷 안에서 더 발전하여 태어난다.

포유류

주요기사 : 포유류 번식
참고 항목:인간 생식

현존하는 포유류에는 세 종류가 있다: 단조류, 태반류, 유대류 모두 내적 수정이 있다.태반 포유류에서 자식은 청소년으로 태어난다. 즉, 재귀적으로 기능하지는 않지만 성기관이 존재하는 완전한 동물이다.몇 달이나 몇 년이 지나면 종에 따라 성기는 더욱 성숙하여 동물이 성적으로 성숙하게 된다.대부분의 암컷 포유류는 철분 주기 동안 특정한 기간 동안만 비옥하며, 그 시점에서는 짝짓기를 할 준비가 되어 있다.개별적인 수컷과 암컷 포유동물이 만나 교미를 수행한다.[citation needed]대부분의 포유류의 경우, 수컷과 암컷은 성인의 일생 동안 성적인 짝을 교환한다.[19][20][21]

물고기

추가 정보:어류 § 생식계통

대부분의 어종들은 알을 낳는데 그 알을 수컷에 의해 수정된다.[22]어떤 종은 바위와 같은 기질이나 식물에 알을 낳기도 하고, 어떤 종은 알을 산란시켜 물기둥에 표류하거나 가라앉으면서 수정되기도 한다.

어떤 어종들은 내적 수정을 한 다음 발달한 난자를 분산시키거나 살아있는 자손을 낳는다.살아있는 새끼를 가진 물고기는 구피와 연체동물 또는 푸에틸리아를 포함한다.새끼를 낳는 물고기는 난태생물이 될 수 있는데, 난자는 암컷 안에서 수정되고 알은 암컷 몸 안에서 간단히 부화하거나, 해마에서는 수컷이 발달한 새끼를 주머니에 넣고 다니며 새끼를 낳는다.[23]물고기는 또한 암컷이 내적으로 자라는 자손에게 영양분을 공급하는 활력소가 될 수 있다.어떤 물고기는 헤르마프로디테인데, 한 마리의 물고기가 수컷과 암컷이고 난자와 정자를 생산할 수 있다.헤르마프로디틱 어류에서 어떤 어류는 수컷과 암컷이 동시에 있는 반면 다른 어류에서는 연속적으로 헤르마프로디틱이 된다; 한 섹스로 시작해서 다른 섹스로 바뀐다.적어도 하나의 헤르마프로디즘 종에서는 난자와 정자가 함께 배출될 때 자가 숙달이 일어난다.일부 다른 종에서는 내적 자가 숙달이 일어날 수 있다.[24]한 어종은 성 번식에 의해 번식하지 않고 성을 사용하여 자손을 생산한다; 포에틸리아 포모사는 무정란 난자가 암컷 자손을 생산하는 배아로 발달하는 gynogenesis라고 불리는 처녀생식의 형태를 사용하는 단일 종이다.포에틸리아 포모사는 내부 수정을 사용하는 다른 어종의 수컷과 짝짓기를 하는데, 정자는 난자를 수정하지 않고 배아로 발전하는 난자의 성장을 촉진한다.[25]

식물

주요기사 : 식물재배

동물들은 감수분열에 의해 직접 하플로이드 게이메트를 생성하는 단일한 다세포상의 생명주기를 가지고 있다.남성 생식체를 정자라고 하고, 여성 생식체를 난자나 난자라고 부른다.동물에서 정자에 의한 난자 수정은 반복된 유사 분열에 의해 디플로이드 성체로 발전하는 디플로이드 지고테를 형성하는 결과를 낳는다.식물은 두 개의 다세포 생명주기 단계를 가지고 있어 세대 교체를 초래한다.식물 지괴는 발아하여 유사 분열에 의해 반복적으로 분열되어 산발적으로 알려진 다세포 생물을 생산한다.성숙한 산발성은 감수분열에 의해 하플로이드 포자를 생성하는데, 감수분열에 의해 발아하고 분열되어 성숙기에 생식체를 생성하는 다세포 생식세포 단계를 형성한다.다양한 식물군의 생식기들은 크기가 다양하다.이끼와 다른 익생식물들은 수백만개의 세포로 구성된 생식기를 가질 수 있는 반면, 혈관종은 각각의 꽃가루 알갱이에서 3개의 세포만큼 적은 수의 세포들을 가지고 있다.

꽃식물

꽃에는 꽃이 피는 식물의 성기가 들어 있다.

꽃이 피는 식물은 육지의[26]: 168, 173 지배적인 식물이며 그들은 성적으로 또는 무성으로 번식한다.종종 그들의 가장 두드러진 특징은 흔히 꽃이라고 불리는 그들의 생식기관이다.안터는 정자핵을 생산하는 수컷 생식기가 들어 있는 꽃가루 알갱이를 생산한다.수분작용이 일어나려면 꽃가루 알갱이가 난소 내에 둘러싸인 난소 내에 암컷 생식기류가 있는 여성 생식구조(카펠)의 오명에 붙어야 한다.꽃가루관이 카펠의 스타일을 통해 성장한 후, 꽃가루 알갱이에서 나온 성세포핵은 난자 속으로 이동하여 난자 세포와 여성 생식기 내에 있는 내핵을 이중 수정이라고 하는 과정으로 수정한다.그 결과 zygote는 배아로 발달하고, 난자의 삼엽내막(정자세포 1개+여세포 2개)과 여성조직은 발달된 씨앗에서 주변 조직을 발생시킨다.암컷 생식기를 생산한 난소는 그 후 씨앗을 둘러싸고 있는 과일로 자란다.식물은 자가 분해하거나 교차 분해할 수 있다.

2013년 백악기(현재의 1억년 전)의 꽃들이 꽃식물에서 성재생의 가장 오래된 증거인 호박에 싸여 발견됐다.미세한 이미지들은 관이 꽃가루로부터 자라나 꽃의 오명을 꿰뚫는 것을 보여주었다.꽃가루가 끈적끈적해서 곤충에 의해 옮겨졌음을 암시했다.[27]

양치류, 이끼, 간향류 같은 비꽃피는 식물은 다른 성적 생식 수단을 사용한다.

양치류

양치류들은 리졸, 뿌리, 잎을 가진 큰 두플로이드 산발물을 생산한다.비옥한 잎은 하플로이드 포자를 함유한 산란을 생성한다.포자는 방출되고 발아하여 전형적으로 하트모양이고 초록색인 작고 얇은 생식기를 생산한다.생식식물인 프로탈리는 무테리아에서 운동성 정자를 생산하고, 같은 식물이나 다른 식물에서 고고니아에서 난자를 생산한다.비가 온 후나 이슬이 물막을 적신 후, 운동성 정자는 탈루 상단에서 생산되는 항테리아로부터 튀어 나와, 물의 필름에서 헤엄쳐 난자를 수정하는 고고니아로 간다.교차나 교차 수정을 촉진하기 위해 정자는 난자가 정자를 수용하기 전에 방출되며, 정자가 다른 탈루의 난자에 수정될 가능성이 더 높다.수정 후, Zygote가 형성되어 새로운 산발성 식물로 자란다.산발생물과 생식생식물을 따로 두는 상태를 세대교체라고 한다.비슷한 수명주기를 가진 다른 식물들로는 실로툼, 리코포듐, 에퀴세툼이 있다.

브라이오피스

간향류, 뿔향류, 이끼류 등을 포함하는 이 생물들은 성적으로나 식물적으로 번식한다.그것들은 습한 장소와 양치류처럼 자라는 작은 식물이며, 플라겔라와 함께 운동성 정자를 가지고 있으며 성 번식을 용이하게 하기 위해 물이 필요하다.이러한 식물들은 지배적인 생식세포 형태로 자라는 하플로이드 포자로 시작되는데, 이것은 광합성을 하는 잎과 같은 구조를 가진 다세포 하플로이드 몸체다.하플로이드 가메트는 체세포 분열에 의한 항테리아(남성)와 고고니아(여성)에서 생성된다.무테리아에서 방출된 정자는 잘 익은 고고니아에 의해 방출된 화학 물질에 반응하여 그들에게 물의 필름에서 헤엄쳐와 난자 세포에 수정을 가하여 지고테를 생성한다.지고테는 유사 분열에 의해 분열되어 다세포의 산발적으로 성장한다.이 산발물은 포자 캡슐(sporangia)을 생산하는데, 이 캡슐은 줄기(setae)에 의해 고고학과 연결된다.포자 캡슐은 감수분열로 포자를 만들어 내고 익으면 포자를 풀어주기 위해 캡슐이 터진다.생물학자는 생식 구조에 상당한 변화를 보이고 있으며, 위의 내용은 기본적인 윤곽이다.또한 어떤 종에서는 각각의 식물은 하나의 성(다이오닉)인 반면 다른 종은 같은 식물에서 양쪽 성을 모두 생산한다(단독성).[28]

곰팡이

주요 기사:균류에서 짝짓기
추가 정보:곰팡이 § 재생산
포자를 내뿜는 퍼프볼

곰팡이는 그들이 사용하는 성적 생식 방법에 따라 분류된다.가장 자주 성적 번식의 결과는 불경기의 생존과 확산에 이용되는 휴식 포자의 생산이다.곰팡이의 성생식에는 전형적으로 플라스모일처제, 가교일처제, 감수분열이라는 세 가지 단계가 있다.두 개의 모세포의 세포질은 플라스모일 때, 핵은 가일모일 때 융합된다.감수분열 중에 새로운 하플로이드 게메트가 형성되어 포자로 발전한다.아스코미코타와 바시디오미코타(디카리온) 균류의 성 생식 유지에 대한 적응적 근거는 월렌과 펄린이 검토했다.[29]그들은 이러한 능력을 유지하는 가장 타당한 이유는 감수분열 중에 발생하는 재조합을 통해 다양한 스트레스로 인한 DNA 손상을 복구하는 이득이라고 결론지었다.[29]

박테리아와 고고학

원핵생물의 세 가지 뚜렷한 과정은 진핵성 성(eukaryotic sex)과 유사한 것으로 간주된다: 이질적인 DNA를 박테리아 염색체에 통합하는 박테리아 변형, 박테리아 사이에 플라스미드 DNA가 전이되는 박테리아 결합, 그러나 플라스미드가 박테리아 염색체에 거의 통합되지 않는 박테리아 결합, 그리고 유전자 전이.고대의 페르와 유전적 교환

박테리아 변환은 유전 물질의 재조합을 수반하며 그 기능은 주로 DNA 수리와 관련이 있다.박테리아 변환은 수많은 박테리아 유전자에 의해 암호화된 복잡한 과정으로, DNA 전달에 대한 박테리아 적응이다.[13][14]이 과정은 적어도 40종의 박테리아 종에서 자연적으로 일어난다.[30]박테리아가 외생성 DNA를 염색체에 결합, 흡수, 재결합하기 위해서는 능력이라고 하는 특수한 생리학적 상태에 들어가야 한다(자연적 능력 참조).초기 단세포 진핵생물에서의 성적 번식은 박테리아의 변형이나 [15]고고학의 유사한 과정으로부터 진화했을지도 모른다(아래 참조).

한편, 박테리아 결합은 결합필루스라고 불리는 외부 첨가물에 의해 매개된 두 박테리아 사이의 DNA의 직접 전달의 일종이다.[31]박테리아 결합은 박테리아 사이에 플라스미드의 복제본을 퍼뜨리기 위해 적응하는 플라스미드 유전자에 의해 조절된다.플라스미드가 숙주 박테리아 염색체에 간헐적으로 통합되고, 숙주 염색체의 일부를 다른 세포로 이전하는 것은 박테리아 적응으로 보이지 않는다.[13][32]

고열성 고고학 설포오부스 종을 DNA 손상 조건에 노출하면 고주파 유전자 표식 교환을 동반한 세포 집적을 유도한다.[33][34]Ajon 등.[34]이러한 세포 집적이 동질 재조합에 의한 종별 DNA 수리를 강화한다는 가설을 세웠다.설포오부스의 DNA 전달은 종별 DNA 전달을 수반하는 보다 잘 연구된 박테리아 변형 시스템과 유사한 초기 형태의 성적 상호작용일 수 있으며, 이는 DNA 손상의 동질적 재조합 수리를 초래할 수 있다.

참고 항목

참조

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