有性生殖:性は2つだけじゃない

有性生殖と聞くと、多くの人はシンプルなオスとメスの仕組みを思い浮かべます。精子と卵子、父親と母親、はっきり分かれた2つの性。このパターンはたしかによく見られますが、生き物の世界のすべてを説明できるわけではありません。実際には、多くの人が想像するよりずっと多様な仕組みが存在しています。

多くの生物では、「性」はその個体がつくる生殖細胞(配偶子)の種類によって決まります。配偶子とは、有性生殖のための特殊な細胞です。体細胞の半分の数の染色体しか持たず、減数分裂と呼ばれる特別な細胞分裂によってつくられます。典型的には、精子が卵子を受精し、受精卵(接合子)ができ、それが成長して、両親それぞれから受け継いだ遺伝情報をもつ子孫になります。

しかし、すべての種がきれいに「オス」と「メス」に分けられるわけではありません。ある生物では、配偶子同士がよく似ていて、精子と卵子と呼ぶのがふさわしくない場合があります。また別の生物では、互いに交配可能な「型」が2種類を超えて存在することもあります。つまり、人間におなじみの仕組みは、有性生殖のあり方の一つにすぎないのです。

有性生殖を行う生物の多くは、2種類の異なる配偶子をつくります。こうした種では、一般に性はオスとメスと呼ばれます。オスは精子や小胞子を、メスは卵(卵子)や大胞子をつくります。

この仕組みこそが、有性生殖の「標準形」だと多くの人は考えています。人間を含むほとんどの動物や、多くの植物がこの方法で子孫を残します。親はそれぞれ、半数体の配偶子をつくることで、子どもの遺伝情報の半分ずつを提供します。「半数体」とは、その生物の体細胞(生殖に関わらない通常の細胞)の染色体数の半分しか持たない状態を指します。

2つの配偶子が融合すると、子はそれぞれの形質について、両親から1つずつ対になった対立遺伝子を受け継ぎます。対立遺伝子とは、同じ遺伝子の別バージョンのことです。有性生殖で生まれた子が、どちらの親ともまったく同じではなく、両方の特徴を入り交じって受け継ぐのはこのためです。

配偶子が同じように見える場合

「2つの性」というモデルが当てはまらなくなるのが、同配偶子生殖(等配偶子生殖)の生物です。これは、配偶子同士が非常によく似ているか、ほとんど同じ形態をしている種のことを指します。大きな卵と小さな精子という区別がなく、どちらの配偶子も見た目がよく似ているのです。

配偶子がここまで似ていると、通常の意味でオスやメスと呼ぶことはできません。これは、標準的な生殖のイメージから大きく外れます。だからといって、有性生殖ではなくなるわけではありません。2つの個体の遺伝物質を組み合わせて子孫をつくるという点では、立派な有性生殖です。ただし、おなじみの「オス」「メス」というラベルがうまく当てはまらなくなるのです。

典型的な例が緑藻のクラミドモナス・ラインハルディ(Chlamydomonas reinhardtii)です。この生物では、配偶子はオス・メスではなく「プラス型」と「マイナス型」と呼ばれます。見た目はよく似ていますが、別々の性質を持つため、このように区別されているのです。

このことは、生物学における「性」が、必ずしも目に見えるオスとメスの体つきだけを意味するわけではない、というよい例です。ある生物では、明確な形態の違いよりも、「どの配偶子と組み合わせられるか」という相性の方が重要になるのです。

「2つ以上の性」?さらに不思議な世界

さらに興味深いのは、「性」が2つどころか、もっと多く存在する生物たちです。より正確には、複数の「交配型(mating type)」をもつ種と言えます。交配型とは、どの個体同士が有性生殖で組み合わせ可能かを決めるカテゴリのことです。

多くの菌類や、繊毛虫の一種である Paramecium aurelia(パラメシウム・アウレリア)がこのタイプに当たります。繊毛虫とは、繊毛と呼ばれる細かい毛のような構造に覆われた単細胞生物の仲間です。これらの生物では、個体を単純に2つのグループに分けるだけでは足りません。複数の交配型があり、それぞれが特定の別の交配型とだけ有性生殖できる仕組みになっていることがあります。

つまり、有性生殖は必ずしも「二者択一」の制度ではないのです。こうした種では、重要なのは「オスかメスか?」ではなく、「この個体はどの交配型で、どの交配型と組み合わせられるのか?」という問いになります。

この広い見方をすると、生物学が単純なルールに収まりきらない理由が見えてきます。オス・メスの2性システムはたしかに広く見られますが、決して普遍的ではありません。種によっては、有性生殖の仕組みそのものをまったく別の形で組み立てているのです。

そもそも「有性生殖」とは何か

プラス型とマイナス型、あるいは複数の交配型があると聞くと、少し混乱するかもしれません。ここで大事なのは、「有性生殖」とは2つの個体の遺伝物質を組み合わせる過程によって定義される、という点です。

その出発点になるのが、減数分裂という特殊な細胞分裂です。減数分裂によって、親の細胞が持っていた染色体数の半分だけをもつ配偶子がつくられます。もともと二倍体だった細胞がDNAを複製したあと、2回続けて分裂(減数第一分裂と減数第二分裂)し、4つの半数体細胞が生じます。

これは、体細胞で起こる有糸分裂とは異なります。有糸分裂では、分裂後の細胞は親細胞と同じ数の染色体を持ちます。それに対して減数分裂では、染色体数が半分まで減らされ、有性生殖に必要な配偶子が準備されるのです。

したがって、ある種がオスとメスを持つのか、プラスとマイナスなのか、複数の交配型を持つのかにかかわらず、本質的なところは同じです。2つの配偶子が融合し、両方の個体から遺伝情報を受け継いだ子孫が生まれる、という一点です。

なぜ有性生殖は重要なのか

有性生殖にはコストがあります。無性生殖に比べて多くのエネルギーを必要とし、親は自分の遺伝子の半分しか子に渡すことができません。このことは長いあいだ、生物学における大きな謎とされてきました。

それでも有性生殖は非常に広く見られます。その理由の一つが、遺伝的多様性を生み出せることです。有性生殖を行う生物は、多くの場合、無性生殖を行う生物ほど大量の子孫は残しませんが、その子どもたちは遺伝的に多様になります。この多様性が、集団全体の病気への弱さを減らし、環境の変化を乗り切る力を高めると考えられています。

一方、無性生殖では、遺伝的に非常によく似た、あるいはほとんど同一のコピーが次々と生まれます。短期間で個体数を急速に増やせますが、遺伝的な似通いが災いして、同じ弱点を共有してしまうこともあります。

この対比はしばしば「宝くじの原理」にたとえられます。このたとえでは、無性生殖は同じ番号の宝くじをたくさん買うようなもの、有性生殖は、枚数は少ないが、さまざまな番号を組み合わせて買うようなものだとされます。遺伝的バリエーションがあれば、環境が変化したときでも、生き残れる子孫が少なくとも一部には出てくる確率が高まる、というイメージです。

もっとも、近年の研究では、不安定な環境では無性生殖が優勢になる例も多いことがわかっており、この「宝くじ」モデルは以前ほど重視されなくなってきています。それでも、遺伝的多様性の意味を直感的に理解するうえでは、いまなお印象的なたとえと言えます。

生物は戦略を組み合わせることもある

有性生殖の話が興味深いもう一つの理由は、多くの生物が一つの方法だけにこだわっていないことです。つまり、有性生殖と無性生殖の両方ができる種が少なくないのです。

ヒドラ、酵母、クラゲなどは、その代表例です。ほとんどの植物も栄養生殖によって無性生殖できますが、有性生殖も行えます。バクテリアは基本的には無性生殖(単純な分裂)で増えますが、接合と呼ばれる仕組みで遺伝情報を交換することがあります。

また、環境条件によって生殖方法を切り替える生物もいます。環境が好条件のときは、無性生殖で素早く数を増やし、豊富な資源を効率よく利用します。ところが、餌が尽きてきたり、気候が厳しくなったり、その他の要因で生存が脅かされるようになると、有性生殖へと切り替える場合があります。遺伝子の組み合わせをかき混ぜることで多様性が生まれ、そのうちの何体かは新しい条件にうまく適応できる可能性が高まるのです。

この柔軟性は、生殖が単に「子どもをつくる」ためだけのものではないことを示しています。それは同時に、生き残り・適応・環境変化への対処と深く結びついた戦略なのです。

教科書のイメージより、ずっと多様な生殖の世界

「性は2つしかない」という考えは、多くの場合、人間に最もなじみのある生殖システムを前提にしています。しかし、生物学の世界は人間の経験をはるかに超えています。

有性生殖を行う生物の中には、明確に異なる配偶子をもつ、典型的なオス・メス型の種がいます。一方で、よく似た配偶子しか持たず、オス・メスではなくプラス型・マイナス型といった呼び方のほうがふさわしい種もいます。さらに、数多くの菌類や Paramecium aurelia のように、2つを超える複数の交配型をもつ生物も存在します。

これらはすべて、れっきとした有性生殖のかたちです。構造や呼び名、どの組み合わせが可能かといったルールには違いがありますが、「遺伝情報を組み合わせて子孫をつくる」という根本的なテーマは共通しています。

その結果、「性」の世界は、一般的なイメージよりもずっと豊かで、不思議に満ちたものとして立ち現れます。おなじみのモデルを一歩離れて眺めてみると、生殖は単純な二分法ではなく、生物が進化の中で生み出してきた、最も創造的な仕組みの一つであることが見えてくるのです。

生物の世界は「オスとメス」だけ?DeepSwipe で、もっと奇妙で不思議な生命の仕組みにスワイプして出会い、毎日サイエンスの新発見を楽しもう。

有性生殖:性は2つだけじゃない | DeepSwipe