繁殖過程中變異的積累

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繁殖是地球生命持續存在的原因。每個生物體都需要能夠繁殖才能被歸類為生命體。即使是病毒，其生命性質幾十年來一直存在爭議，也能夠在宿主的體內繁殖。生命的分子基礎，即 DNA，需要被複制才能繁殖個體。細胞分裂有兩種模式，即有絲分裂和減數分裂，兩者都會導致 DNA 的複製。

本質上，有絲分裂是一種無性繁殖的形式，其中產生兩個基因型和形態上相同的個體。另一方面，減數分裂定義了有性繁殖。如果所有生物體都透過無性繁殖進行繁殖，那麼種群之間幾乎不會有任何差異，大自然也不會如此多樣化！減數分裂允許生物體發生變異，這不僅對於維持生物多樣性很重要，而且還有助於生物體適應和進化。

遺傳和繁殖過程中變異的積累

遺傳是指性狀從親代傳遞給子代。有性繁殖物種的變異源於三個遺傳過程——突變、染色體的獨立分配和基因重組。讓我們逐一討論這些過程。

• 突變——它們是任何生物體基因的隨機變化，可能是物理、化學或生物因素的結果。這些變化導致在同一物種的不同個體之間產生相同基因的不同形式（即等位基因）。在無性繁殖的生物體中，突變在有絲分裂過程中簡單地傳遞到下一代。

  然而，在有性繁殖的生物體中，這些突變被整合進去，然後在有性繁殖過程中被進一步重新洗牌。

• 染色體的獨立分配.

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  二倍體真核生物含有同源染色體對。一對中的一個成員是從母體遺傳的，幷包含一組特定的等位基因，另一個是從父體遺傳的，幷包含一組不同的等位基因。在減數分裂過程中，這些同源染色體對分離，並且該對的成員被分離到不同的子核中，從而產生單倍體配子。每個配子接收什麼東西是隨機的，並且獨立於其他染色體對。染色體的獨立分配是經典遺傳學的基礎。

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  每個親代都有一組特定的特徵，這些特徵編碼在其配子的染色體中。因此形成的二倍體個體具有從父母雙方遺傳的特徵。在人類的 23 對染色體中，有超過 800 萬種可能的組合。因此，個體中沒有兩對同源染色體是相同的！此外，這解釋了在兄弟姐妹中看到的遺傳變異，他們都從相同的父母那裡繼承了他們的特徵，但他們繼承的等位基因不同。

• 染色體交叉.

  有趣的是，就在同源染色體分離之前，同源染色體會發生“染色體交叉”事件，導致染色體上基因的重組。在重組過程中，一條染色體的等位基因與另一條同源染色體的等位基因交換。染色體交叉增加了有性繁殖生物體變異的機率。

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  突變、獨立分配和交叉事件的累積效應是大量變異的積累，這在無性繁殖中是不可能的。

為什麼變異很重要？

變異是擴大種群基因庫不可或缺的一部分。它導致遺傳多樣性增加。事實上，遺傳與可遺傳基因的變異（即“帶有修飾的後代”）相結合，是地球整個進化史的基礎！

遺傳和變異是……的基礎。

• 同一譜系的世代多樣化。

• 在不利條件下的進化優勢。

• 生物體的適應性。

• 新物種的進化。

• 用於追蹤生物體的進化歷史和分類。

遺傳的分子基礎（DNA 和 RNA）

孟德爾用豌豆進行的實驗是遺傳學的一個基石。他知道某些“因子”負責生物體中觀察到的特徵，並且每個這些因子都有兩種“變體”，其中只有一種從每個親代傳遞給子代。然而，他不知道這個因子是什麼。

一些突破性的實驗，包括弗雷德里克·格里菲思（1928 年）、阿弗裡、麥克勞德和麥卡蒂（1944 年）以及赫爾希和蔡斯（1952 年）的實驗，提供了確鑿的證據，證明正是 DNA，而不是 RNA 或蛋白質，是遺傳的分子基礎。

核酸（DNA，脫氧核糖核酸和 RNA，核糖核酸）是生命連續性的基礎。DNA以基因的形式攜帶資訊，這些資訊從親代傳遞給子代。在真核生物中，DNA存在於細胞核中，並被組織成染色體。每條染色體都包含編碼個體特定特徵的基因。根據染色體上存在特定基因的哪個變體（即哪個等位基因），個體之間該特徵的表型性狀會有所不同。

DNA 和 RNA 之間的區別

每個 DNA 或 RNA 分子都是稱為核苷酸的單個單元的多聚體。因此，核酸是多核苷酸分子。每個核苷酸單體都包含：

• 一個含氮鹼基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶或胸腺嘧啶。注意，在 RNA 中，胸腺嘧啶被尿嘧啶取代）。

• 一個核糖糖（DNA 中為脫氧核糖，RNA 中為核糖）。

• 一個磷酸基團。

DNA	RNA
包含兩條多核苷酸鏈，以右手方式圍繞共同軸線盤繞	單多核苷酸鏈
腺嘌呤與胸腺嘧啶配對	腺嘌呤與尿嘧啶配對
胞嘧啶與鳥嘌呤配對	胞嘧啶與鳥嘌呤配對
含有 2'-脫氧核糖	含有核糖
以稱為基因的核苷酸片段的形式攜帶遺傳資訊	將 DNA 的基因轉錄本（mRNA）翻譯成蛋白質

雖然 DNA 是所有生物體的可遺傳遺傳物質，但也有一些病毒攜帶 RNA 作為其遺傳物質。

結論

這在以下情況下可見：

• 遺傳是指性狀從親代傳遞給子代。

• 變異是指任何物種個體之間的差異。它可能是由於遺傳或環境原因。

• 在染色體的獨立分配和交叉事件期間，變異在有性繁殖過程中積累。

• 染色體的獨立分配確保從親代隨機遺傳特徵。

• 交叉和重組對於構建新的基因組合和同一物種個體之間的變異至關重要。

• 變異對於物種的適應和進化、增強生物多樣性以及……很重要。

• DNA 是所有生物體遺傳的分子基礎，並以基因的形式攜帶資訊。每個基因都有稱為等位基因的變異形式，這增加了不同個體之間的遺傳變異。

常見問題

Q1. 配子的基因組成如何決定人類的性別？.

A1. 在人類中，性別由性染色體決定。男性具有 XY 性染色體組合（一個 X 來自母親，一個 Y 來自父親），而女性攜帶 XX 染色體對（每個親代一個 X 染色體）。

Q2. 父母雙方是否總是參與所有性狀的遺傳？.

A2. 否。有些性狀，尤其是某些疾病是性連鎖的，可能存在於性染色體上。此外，我們知道線粒體有自己的 DNA。事實上，線粒體 DNA 僅從母親那裡遺傳。在所有其他核性狀的遺傳中，父母雙方都參與其中。

Q3. 性連鎖性狀是什麼意思？.

A3. 性染色體不僅決定了個體的性別。它們攜帶編碼色盲、血友病等性狀的其他等位基因。

Q4. 體細胞變異是什麼意思？.

A4. 子代從其父母那裡獲得或繼承其遺傳資訊。然而，在合子發育過程中，其體細胞（非配子）細胞可能會獲得未整合到種系中的突變變化。這些性狀不會被個體的後代遺傳。

Q5. 交叉是否總是導致遺傳變異？.

A5. 交叉可能發生在同源對的非姐妹染色單體上基因的相同等位基因之間。在這種情況下，可能會發生交叉，但除非兩條染色體上的等位基因不同，否則它不會導致任何新的變異。