Половое размножение — это тип размножения , включающий сложный жизненный цикл , в котором гамета ( гаплоидные репродуктивные клетки, такие как сперматозоид или яйцеклетка ) с одним набором хромосом объединяется с другой гаметой, образуя зиготу , которая развивается в организм, состоящий из клеток с двумя наборами хромосом ( диплоид ). [1] Это типично для животных, хотя количество наборов хромосом и то, как это число меняется при половом размножении, варьируется, особенно среди растений, грибов и других эукариот . [2] [3]
Половое размножение — наиболее распространенный жизненный цикл многоклеточных эукариот , таких как животные , грибы и растения . [4] [5] Половое размножение также происходит у некоторых одноклеточных эукариот. [2] [6] Половое размножение не происходит у прокариотов , одноклеточных организмов без клеточных ядер , таких как бактерии и археи . Однако некоторые процессы у бактерий, включая бактериальную конъюгацию , трансформацию и трансдукцию , можно считать аналогами полового размножения, поскольку они включают новую генетическую информацию. [7] Некоторые белки и другие функции, которые являются ключевыми для полового размножения, возможно, возникли у бактерий, но считается, что половое размножение развилось у древних предков эукариот. [8]
У эукариот диплоидные клетки-предшественники делятся с образованием гаплоидных клеток в процессе, называемом мейозом . В мейозе ДНК реплицируется, образуя в общей сложности четыре копии каждой хромосомы. За этим следуют два деления клеток для образования гаплоидных гамет. После репликации ДНК в мейозе гомологичные хромосомы объединяются в пары, так что последовательности их ДНК выравниваются друг с другом. В этот период перед делением клеток происходит обмен генетической информацией между гомологичными хромосомами в результате генетической рекомбинации . Гомологичные хромосомы содержат очень похожую, но не идентичную информацию, и за счет обмена похожими, но не идентичными областями генетическая рекомбинация увеличивает генетическое разнообразие среди будущих поколений. [9]
Во время полового размножения две гаплоидные гаметы объединяются в одну диплоидную клетку, известную как зигота, в процессе, называемом оплодотворением . Ядра гамет сливаются, и каждая гамета дает половину генетического материала зиготы. Множественные деления клеток путем митоза (без изменения числа хромосом) затем перерастают в многоклеточную диплоидную фазу или поколение. У растений диплоидная фаза, известная как спорофит , производит споры путем мейоза. Эти споры затем прорастают и делятся митозом, образуя гаплоидную многоклеточную фазу, гаметофит , который производит гаметы непосредственно путем митоза. Этот тип жизненного цикла, включающий чередование двух многоклеточных фаз: полового гаплоидного гаметофита и бесполого диплоидного спорофита, известен как чередование поколений .
Эволюция полового размножения считается парадоксальной, [10] поскольку бесполое размножение должно превосходить его, поскольку каждый созданный молодой организм может вынашивать собственное потомство. Это означает, что асексуальная популяция обладает внутренней способностью расти быстрее с каждым поколением. [11] Эти 50% стоимости являются недостатком полового размножения. [12] Двойная цена секса включает в себя эту стоимость и тот факт, что любой организм может передать потомству только 50% своих собственных генов. Однако одно определенное преимущество полового размножения состоит в том, что оно увеличивает генетическое разнообразие и препятствует накоплению генетических мутаций . [13] [9]
Половой отбор — это способ естественного отбора , при котором некоторые особи превосходят других представителей популяции, потому что они лучше находят партнеров для полового размножения. [14] [15] Его описывают как «мощную эволюционную силу, которой нет в бесполых популяциях». [16]