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  通过生殖细胞生殖。通常生物的生活周期中包括二倍体时期与单倍体时期的交替。二倍体细胞借减数分裂产生单倍体细胞(雌雄配子或卵和精子);单倍体细胞通过受精(核融合)形成新的二倍体细胞。这种有配子融合过程的有性生殖称为融合生殖。某些生物的配子可不经融合而单独发育为新个体,称单性生殖。

目录

主要方式

  单细胞生物有性生殖由个体直接进行,称接合生殖;多细胞生物及单细胞生物的群体则由特化的单倍体细胞,即配子,进行融合生殖或单性生殖。

接合生殖

细菌的接合生殖

  两个菌体通过暂时形成的原生质桥单向的转移遗传信息。供体(雄体的部分染色体)可以转移到受体(雌体)的细胞中并导致基因重组。 这是最原始的接合生殖(见细菌接合)(图1)。

原生动物的接合生殖

  多见于纤毛虫类,按接合的双方,即接合子的形态又可分为两类:

  ① 同配接合:接合子的形态相同。接合时双方暂时融合,小核在减数分裂后进行交换,相互受精后分开,如尾草履虫(图2),(见彩图)。

  接合双方紧靠在一起,口部融合,然后大核消失小核分裂二次,成4个,其中3个退化,一个再经一次分裂成为一个动核和一个静核。此时接合个体互相交换动核,然后静核与换来的动核融合。接着虫体分开,每个个体的融合核分裂三次形成8个核,其中4个成大核,3个退化。此后大核不分裂,剩下的小核与虫体同时分裂两次而成为4个新的子体。

  ② 异配接合:见于缘毛目类纤毛虫。在进行接合生殖前,虫体先经一次不均等分裂,除小核外大核和虫体都分成大小两部分,成为大接合子和小接合子,前者固着,后者自由游泳。小接合子找到大接合子后即牢固附着在其上开始接合。在接合过程中,合子核只在大接合子中形成,小接合子为大接合子吸收。如钟虫(图3)。

配子生殖

  配子是由营养个体所产生的生殖细胞,需两两配合后才能继续其生活史,如在一定时间内找不到适当的配子便死亡。按配子的大小,形状和性表现可分为三种类型:

同配生殖

  配子的形态和机能完全相同,没有性的区分。例如衣藻属中的大多数种类(图4)。

异配生殖

  有两种类型:①生理的异配生殖,参加结合的配子形态上并无区别,但交配型不同,在相同交配型的配子间不发生结合,只有不同交配型的配子才能结合,且具有种的特异性。如衣藻属中的少数种类。这是异配生殖中最原始的类型。②形态的异配生殖,参加结合的配子形状相同,但大小和性表现不同。大的不大活泼为雌配子,小的活泼,为雄配子,这说明已开始了性在形态上的分化(图5)。

卵配生殖

  相结合的雌雄配子高度特化,其大小、形态和性表现都明显不同,雌配子贮存了许多营养物质从而增大了体积,呈球形,失去了鞭毛和运动能力,成为卵子;雄配子小通常具鞭毛,能运动,称为精子。卵子和精子经过受精,融合为受精卵。卵配生殖是分化显著的异配生殖,普遍分布在生物界,从团藻(图6)到高等动植物。

  配子生殖的进化趋势是由同配到异配,最后发展为卵配生殖。在原生动物和单细胞植物中,所有个体或营养细胞都可能直接转变为配子或产生配子,而在高等动物中,生殖细胞是由特殊的性腺生产的。

起源

  有性生殖发生的直接证据,最早见于澳大利亚中部的苦泉燧石中,在这里发现了植物减数分裂产生的四分孢子的化石。岩石的年龄约为10亿年,估计有性生殖实际出现还要早些,约在真核生物产生后不久。从动、植物生殖细胞的形成过程中均有复杂的减数分裂来看,有性生殖应起源于动、植物分化前,但这还只是一种推测。

生物学意义

  有性生殖中基因组合的广泛变异能增加子代适应自然选择的能力。有性生殖产生的后代中随机组合的基因对物种可能有利,也可能不利,但至少会增加少数个体在难以预料和不断变化的环境中存活的机会,从而对物种有利。

  有性生殖还能够促进有利突变在种群中的传播。如果一个物种有两个个体在不同的位点上发生了有利突变,在无性生殖的种群内,这两个突变体必将竞争,直到一个消灭为止,无法同时保留这两个有利的突变。但在有性生殖的种群内,通过交配与重组,可以使这两个有利的突变同时进入同一个体的基因组中,并且同时在种群中传播。

  此外进行有性生殖的物种其生活周期中都有二倍体的阶段。二倍体的物种每一基因都有两份,有一份在机能上处于备用状态。如果这个备用的基因发生突变,成为有新的功能的基因,但此时新功能还是潜在的。通过自发的重复和有性生殖中的遗传重组,这个新基因可与原有基因先后排列,这样便产生一个新的基因。二倍体物种可以用这样的方法使其基因组不断丰富。

  由于上述原因,有性生殖加速了进化的进程。在地球上生物进化的30余亿年中,前20余亿年生命停留在无性生殖阶段,进化缓慢,后10亿年左右进化速度明显加快。除了地球环境的变化(例如含氧大气的出现等)外,有性生殖的发生与发展也是一个主要的原因。现存 150余万种生物中,从细菌到高等动植物,能进行有性生殖的种类占98%以上,就说明了这一点。

  参考书目

  J.Cohn,Reproduction,Butterworths Scientific Publications, London, Boston,1977.

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