動物の生殖と発生
ほとんどの動物は有性生殖を行い、Hox遺伝子によって同様の発生形態が決定されます。
学習目標
動物の生殖と胚発生のプロセスを説明する
Key Takeaways
Key Points
- ほとんどの動物は有性生殖をするが、一部の動物は単為生殖、出芽、断片化により無性生殖が可能である。
- 受精後、胚が形成され、動物の組織が器官系に編成される。一部の動物は、不完全または完全な変態を行うこともある。
- 接合体の開裂により胚盤が形成され、この胚盤がさらに細胞分裂と細胞の再配列を行い、胃形成という過程を経て胃盤が形成される。
- 胃形成の間に、消化腔と胚層が形成される。これらは後に器官形成と呼ばれる過程で、特定の組織型、器官、器官系に発達する。
- Hox 遺伝子は、動物の体節の数、付属器の数と配置、動物の頭と尾の方向性など、一般的なボディプランを決定する役割を果たします。
- Hox 遺伝子は、ほとんどの動物に共通し、多数の他の遺伝子の発現を制御する転写因子をコードすることによって、他の遺伝子をオンまたはオフにすることができます。
主要な用語
- 変態：通常の発生における胚段階後の動物の形態およびしばしば習慣の変化
- Hox遺伝子：動物の体節の数、付属物の数および配置、動物の頭と尾の方向性など、一般的な身体計画の決定に責任を負う遺伝子
- 芽球：。 接合体が細胞分裂した後に形成される 6-32 個の中空の構造
動物の生殖と発生
ほとんどの動物は、減数分裂によって生じた倍数の生殖細胞（配偶子）と 2 倍数の生物（体細胞、または体細胞は 2 倍数）であり、2 倍数の生物である。 また、ほとんどの動物が有性生殖を行う。 このことは、無性生殖が一般的な菌類、原生生物、細菌類と動物を区別するものである。
動物の生殖と胚発生のプロセス
有性生殖では、ある種のオスとメスの個体のハプロイド配偶子が、受精というプロセスで合体します。 通常、小さくて運動性のある雄の精子は、はるかに大きくて無柄の雌の卵と受精する。
動物の中には、無性生殖が可能な種もあります（イソギンチャク、昆虫、は虫類、魚類など）。 定常的な水生動物の無性生殖の最も一般的な形態は、親個体の一部が分離して新しい個体に成長できる出芽と断片化である。 一方、昆虫や脊椎動物に見られる無性生殖は、受精していない卵が新しい子孫に成長する単為生殖と呼ばれるものである。 昆虫の単為生殖は「ハプロディプラスティ」と呼ばれ、オスの子どもが生まれる。 このような無性生殖は遺伝的に同一の子孫を残すため、有害な突然変異が蓄積される可能性があり、進化的適応性の観点からは不利である。
受精後、一連の発生段階を経て、原始生殖層が形成され、胚が形成される。
受精後、一連の発生段階があり、その間に一次胚葉が形成され、再編成されて胚が形成される。この過程で、動物の組織は特殊化し始め、器官や器官系に編成され、将来の形態と生理が決定される。 バッタなどの一部の動物は不完全変態を行い、成虫に近い姿になる。 また、昆虫のように、成虫とは構造や機能が異なる1つ以上の幼生期に入る完全変態をする動物もいる。 完全変態の場合、幼虫と成虫の食性は異なるため、幼虫と成虫の間で餌をめぐる競争は起こりにくくなる。
不完全変態と完全変態の違い。 (a)バッタは不完全な変態をする。 (
動物の発生過程は、接合体の切断、または一連の有糸分裂で始まります。 3回の細胞分裂で、単細胞の接合体は8細胞構造へと変化します。 さらに細胞分裂を繰り返して、6〜32個の中空構造体である芽球が形成される。 この胚盤は、さらに細胞分裂と細胞再編成を経て、原腸陥入と呼ばれる過程を経る。 これにより、次の発生段階である胃腔が形成され、将来の消化腔が形成される。 原腸陥入時には、さまざまな細胞層（胚葉と呼ばれる）が形成される。
胎生期の発生です。 胚発生の間に、接合体は一連の有糸分裂、または裂開を経て、8細胞期、そして中空の胚盤を形成する。
動物の発生におけるホメオボックス (Hox) 遺伝子の役割
19世紀初頭から、科学者は、非常に単純なものから複雑なものまで、多くの動物が同様の胚の形態と発生を共有していることを観察しています。 驚くべきことに、胚発生のある段階において、ヒトの胚とカエルの胚は驚くほど似ているように見えるのです。 長い間、科学者たちは、なぜ多くの動物種が胚発生の段階ではよく似ているのに、成体ではまったく異なっているのか、理解できていなかった。 20世紀の終わり頃、発生の方向性を決定するある種の遺伝子が発見されました。 動物の構造を決定するこれらの遺伝子は、”ホメオティック遺伝子 “と呼ばれている。 これらはホメオボックスと呼ばれるDNA配列を含んでおり、特定の配列はHox遺伝子と呼ばれる。 この遺伝子群は、動物の体節の数、付属肢の数と配置、動物の頭と尻尾の方向性など、一般的なボディプランを決定する役割を担っている。 最初に配列が決定されたHox遺伝子は、ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）のものであった。
動物の形態形成に関与する遺伝子は数多くありますが、Hox遺伝子は他の多数の遺伝子をオン・オフできるため、非常に強力なのです。 Hox遺伝子は、多数の他の遺伝子の発現を制御する転写因子をコードすることによって、これを実現しています。 Hox遺伝子は動物界で相同性があり、その遺伝子配列と染色体上の位置は、ほとんどの動物（例えば、ミミズ、ハエ、マウス、ヒト）で驚くほど似ている。これは、共通の祖先に存在するためである。
Hox 遺伝子：Hox遺伝子は、動物の胚発生の経過を決定する転写因子をコードする非常に保存性の高い遺伝子であり、動物の進化において、より複雑な体型の進化を可能にした。 脊椎動物では、この遺伝子は4つのクラスターに重複している。 脊椎動物では、Hox-A, Hox-B, Hox-C, Hox-Dの4つのクラスターに重複している。 これらのクラスター内の遺伝子は、発生の特定の段階において、特定の体節で発現している。 ここに示すのは、マウスとヒトのHox遺伝子の相同性である。 オレンジ、ピンク、青、緑の網掛けで示されたHox遺伝子の発現が、マウスとヒトの両方で同じ体節に起こっていることに注目してください。