あらゆる生物集団は生殖に依存しています。生殖とは、親となる個体から子孫が生み出される過程のことです。ただし、生殖のやり方は世界共通で1つだけではありません。生命は2つの大きく異なるルートを使い分けています。
1つは「生物学的コピー」のようなルート。もう1つは「生物学的リミックス」のようなルートです。
無性生殖では、1つの生物が別の生物から遺伝物質を受け取ることなく子孫をつくります。有性生殖では、配偶子と呼ばれる特殊な生殖細胞が融合し、その結果生まれた子孫は両親それぞれから遺伝的な特徴を受け継ぎます。これら2つの戦略が、生物の成長や適応、生き残り方を形づくっています。
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無性生殖：コピー型のルート
無性生殖は、生物が自分自身と遺伝的に同一か、きわめてよく似たコピーをつくるときに起こります。重要なポイントは単純で、「親は1個体だけ」であり、2つ目の個体から遺伝物質を受け取る必要がないということです。
これは小さな微生物だけの特殊な技ではありません。細菌は二分裂と呼ばれる無性生殖を行います。1つの細胞が2つに分かれる仕組みです。ヒドラや酵母は出芽によって増えます。親の体から新しい個体が突き出すように成長する方法です。体の一部がちぎれてそれがさらに成長する「断片化」というルートもあります。ほかに、胞子形成によって増える生物もいます。
植物はとくに柔軟です。多くの植物は無性生殖ができるうえ、有性生殖も行えます。つまり、自分に近いコピーをつくることも、遺伝的に混ざり合った子孫をつくることもできるのです。
無性生殖のなかでもとくに興味深い形が単為生殖です。これは受精なしで胚や種子が成長・発達するしくみです。一部の下等植物、水生ノミやアブラムシ、一部のハチや寄生バチなどの無脊椎動物、さらに一部の爬虫類や魚類といった脊椎動物でも自然に起こります。家禽類ではきわめてまれです。
無性生殖の大きな利点は、数を急速に増やせることです。条件が好ましければ、無性生殖を行う生物の個体数は指数関数的に増加します。食物が豊富で、隠れ家が十分にあり、気候が適していて、病気の圧力が低く、そのほかの条件も生存に向いているとき、このコピー型の戦略は非常に効果的です。
有性生殖：ミックス型のルート
有性生殖はまったく違うしくみで働きます。1つの生物が自分自身をコピーするのではなく、2つの生物がそれぞれ遺伝物質を提供するのです。この過程はふつう、減数分裂と呼ばれる特殊な細胞分裂から始まります。これによって配偶子がつくられます。
配偶子とは、精子や卵などの生殖細胞です。配偶子は、体細胞（生物の通常の体をつくる細胞）がもつ染色体数の半分だけを持っています。2つの配偶子が結合すると受精卵（接合子）ができます。受精卵は新しい個体の最初の1細胞であり、両親双方からの遺伝情報を引き継いでいます。
それぞれの親が、子孫の遺伝的構成の半分ずつを提供するため、生まれてくる個体はどちらの親のコピーにもなりません。代わりに、両親由来の遺伝子を組み合わせて受け継ぎます。有性生殖を行う生物では、子は各形質について、父と母から1つずつ対立遺伝子を受け取ります。対立遺伝子とは、同じ遺伝子の別のバージョンのことです。これにより、きょうだいが同じ両親に似ていながら、互いに少しずつ違っている理由が説明できます。
ヒトを含むほとんどの動物や、多くの植物は有性生殖を行います。このルートでは、無性生殖に比べて一度に生まれる子の数は少ない傾向がありますが、そのぶん遺伝的な多様性は高くなります。
なぜ配偶子が重要なのか
有性生殖の中心にあるのが配偶子です。多くの種では、配偶子には2種類があります。異配偶生殖を行う種では、それが雄と雌の配偶子です。雄は精子や小胞子をつくり、雌は卵（卵細胞）や大胞子をつくります。
しかし、すべての種がこのおなじみのパターンに当てはまるわけではありません。同形配偶生殖を行う種では、配偶子の形や大きさが互いによく似ています。性質は異なる場合があっても、きれいに「雄」と「雌」に分けられないことが多いのです。たとえば緑藻のクラミドモナス・ラインハルティーでは、「プラス型」と「マイナス型」の配偶子があるだけです。また、多くの菌類や繊毛虫の Paramecium aurelia など、一部の生物では2つ以上の「性」に相当するものが存在し、それらはしばしば「交配型」と呼ばれます。
このように、有性生殖はしばしば「雄と雌がかかわるもの」として説明されますが、実際の生物の仕組みはそれよりもはるかに幅広いのです。
体細胞分裂と減数分裂：2種類の細胞分裂
生殖を理解するには、重要な2つのプロセス――体細胞分裂（有糸分裂）と減数分裂――を区別しておくと役に立ちます。
体細胞分裂は体細胞で起こります。親細胞と同じ数の染色体をもつ娘細胞をつくり出す分裂で、結果としては細胞の単純な複製です。
減数分裂は配偶子をつくるときに起こります。染色体数を半分に減らす分裂です。二倍体の細胞がまずDNAを複製し、そのあと2回の連続した分裂を経て、最終的に4つの一倍体細胞ができます。この2つの段階が減数分裂Iと減数分裂IIです。
有性生殖は、配偶子が通常の半分の染色体しか持たないことに依存しています。2つの配偶子が融合すると、その合体した細胞で染色体数が元どおりのセットに戻るわけです。
精子と卵から新しい個体へ
動物、とくに哺乳類では、配偶子は生殖腺でつくられます。精巣では精子が造精（精子形成）によってつくられ、卵巣では卵が卵形成によってつくられます。
これらのプロセスは単なる細胞生産ではありません。哺乳類の配偶子形成のあいだには、DNA修復に関わる多くの遺伝子が、強くあるいは特別なかたちで発現します。精巣内の雄の生殖細胞は、減数分裂の過程で相同組換え修復や非相同末端結合といったDNA修復を行う能力を持っています。卵巣の原始卵胞にある卵母細胞も、二本鎖切断を含むDNA損傷に対して、高効率の相同組換え修復を行うことができます。
その実際的な意味は明確です。こうした修復機構が、ゲノムの安定性を保ち、子孫の健康を守る助けになっているのです。
自家受精と他家受精
有性生殖にも、配偶子どうしの出会い方に違いがあります。
他家受精（アロガミー）は、異なる個体どうしの受精です。被子植物では、ある花の卵細胞が、別の株に咲く花の花粉に含まれる精細胞と受精するときに起こります。花粉は、花粉媒介者によって運ばれたり、風などの非生物的な要因によって運ばれたりします。花粉が花粉管を通って雌側の配偶子に到達したとき、受精が始まります。
自家受精（オートガミー）は、同じ個体内での受精です。雌雄同体の生物で、融合する2つの配偶子が同一個体に由来するときに起こります。多くの維管束植物のほか、一部の有孔虫や一部の繊毛虫もこの方法を用います。また、自家受粉（同じ花の中で花粉が柱頭に移ること）を指してこの語が使われることもありますが、これは同じ株の別の花へ花粉が移るケースとは区別されます。
どちらも有性（性的）なプロセスですが、異なる個体どうしの遺伝子がどの程度混ざり合うかには大きな差があります。
トレードオフ：スピードか、多様性か
無性生殖は効率的です。有性生殖はコストがかかります。
生物学者たちは、ここに大きな謎を見いだしてきました。これほど不利が多いのに、なぜ有性生殖は進化してきたのかという点です。よく挙げられるコストの1つは、「集団のうち50%しか繁殖できず、各親は自分の遺伝子の50%しか子に渡せない」というものです。
それでも有性生殖は広く残っています。その主な理由が「多様性」です。有性生殖を行う生物は、遺伝的に多様な子孫を生み出します。そのバリエーションによって、集団全体が病気に対して強くなり、環境変化にも生き残りやすくなります。
一方、無性生殖を行う生物は、数はすばやく増やせますが、DNAの変化源は主に突然変異に限られるため、同種の個体が似通った弱点を共有しがちです。
ここに古典的なトレードオフが生まれます。
- 無性生殖は、速く効率よく増えることができる
- 有性生殖は、子孫の遺伝的な幅広い多様性を生み出せる
条件が安定していて好ましいときには、無性生殖はそのよい条件を一気に活用するのに役立ちます。逆に、環境が厳しくなったり予測しづらくなったりすると、有性生殖は遺伝子プールをかき混ぜ、一部の子孫がその変化した条件に適応できる可能性を高めてくれます。
両方できる生物もいる
自然界では、どちらか一方だけに永遠に縛られている種ばかりではありません。有性・無性の両方の生殖ができる生物も多くいます。
アブラムシ、粘菌、イソギンチャク、一部のヒトデ、多くの植物などがその例です。条件がよいときには、無性生殖で数をすばやく増やします。食料が乏しくなったり、気候が悪化したり、生存が危うくなったりすると、有性生殖へと切り替えることがあります。
このスイッチは大きな力を持っています。有性生殖は遺伝子のシャッフルを起こすだけでなく、多くの場合、種子・胞子・卵・さなぎ・シストなど、厳しい環境に耐えられるライフステージを生み出します。いわば、こうしたステージが「悪条件のあいだをやり過ごし、よい時期が来るまで待つ」役目を担っているのです。
生殖に「一律のかたち」はない
基本的な発想はシンプルです。「命を増やすこと」。しかし、その方法は驚くほど多様です。
ある生物は体を2つに分けて増え、別の生物は出芽で増えます。ある植物は、ある状況では種子をつくらずに増え、別の状況では受精によって増えます。精子と卵のように見た目が大きく違う配偶子を使う種もあれば、互いによく似た配偶子を使う種もいます。自家受精できる生物もいれば、他家受精に頼る生物もいます。
それでも、大きな枠組みは明確です。生殖には2つの主なルートがあります。
- コピー型のルート：1つの親が、遺伝的に同一かよく似た子孫をつくる
- ミックス型のルート：2つの親の配偶子が融合し、両方の特徴を受け継いだ受精卵ができる
このコントラストこそが、生命がどのように受け継がれ、変化し、生き延びていくのかという核心にあるのです。
