世代交代とは：植物・原生生物の配偶体（ハプロイド）と胞子体（二倍体）をわかりやすく解説
植物・原生生物の世代交代を図解で簡単解説。配偶体（ハプロイド）と胞子体（二倍体）の違いを初心者にもわかりやすく紹介。
世代交代という用語は、いくつかの真核生物のライフサイクルにおける、異なる核相（染色体のセット数）を持つ2つの多細胞世代が交互に現れるプロセスを指します。植物や一部の原生生物で見られ、一般に一方の世代は二倍体（2n）として成長する「胞子体」、もう一方はハプロイド（n）として成長する「配偶体」です。ある形態は、2n本の染色体を持つ2倍体で、胞子植物である。もう一方の形態は、染色体が1セットしかないハプロイドの体で、配偶子植物である。どちらの形態も多細胞である場合が多く、形や大きさ、生活様式が大きく異なります。
世代交代の基本的な流れ
簡単に言うと、世代交代は次のようなサイクルで進みます。まず、二倍体の胞子体は減数分裂によって配偶体へ成長するための単相の胞子（n）を作ります。これらの胞子は発芽してハプロイドの配偶体となり、配偶体上で有性生殖のための配偶器が形成されて配偶子を作ります。配偶子同士が融合（受精）すると二倍体の接合子（受精卵）ができ、これが体細胞分裂を経て新しい胞子体として成長します。つまり、減数分裂→胞子（n）→配偶体（n）→配偶子（n）→受精→接合子（2n）→胞子体（2n）という循環です。
この過程は有性生殖に関するもので、世代交代の中で核相が「1組（ハプロイド）」と「2組（二倍体）」の間で変化します。動物では体（ソーマ）は通常二倍体で、ハプロイド期は配偶子のみであることが多く、体全体がハプロイドになることはほとんどありません。したがって、多くの動物では多細胞のハプロイド世代は見られませんが、植物や一部の原生生物では二倍体期とハプロイド期の両方が多細胞として独立して発達することがあります。
実際の例と世代の優勢
植物界では世代交代のパターンに多様性があります。古典的な例として、コケ類で、緑色で目にする「コケ」の体はハプロイドの配偶体が優勢で、その上に小さな二倍体の胞子体がぶら下がる形で存在します。一方、シダ植物や種子植物では二倍体の胞子体が大型で優勢になり、配偶体は小型で短命、あるいは花粉や胚珠内の一部として縮小しています。さらに、いくつかの海藻では、ハプロイドと二倍体の世代が形態的にほとんど区別できない「等形成世代交代（isomorphic）」を示すこともあります。
配偶子は一般に生殖のための細胞で、動物でも植物でも配偶子生成は重要な段階です（例：雌雄の配偶器や精子・卵）。動物の場合は体細胞が二倍体であるため、ハプロイド期は通常配偶子に限られます（配偶子のみがハプロイドになる）。
補足と注意点
- 世代交代という用語は、あくまで有性生殖に関するライフサイクルの段階の交替を指します。生物はしばしば無性生殖も行い、これらは別個の繁殖戦略です。
- 世代交代の詳しい様式（どちらの世代が優勢か、配偶体と胞子体の独立性の程度など）は門類や種によって大きく異なります。例えばコケ類では配偶体優勢、シダや種子植物では胞子体優勢という具合です。
- 学習や図解では、減数分裂と体細胞分裂（有糸分裂）の違い、胞子と配偶子の生成過程、受精による接合子形成の流れを一連の図で示すと理解が進みます。
まとめると、世代交代は二倍体（胞子体）とハプロイド（配偶体）が交互に現れることであり、その具体的な現れ方は生物群によって多様です。用語を正しく区別し、減数分裂・有糸分裂・受精などの過程を順を追って理解することが重要です。
二倍体胞子植物（下）とハ倍体配偶子植物（上）の世代交代を示す図
代表的なコケ：緑色のハプロイド体と褐色の二倍体の胞子植物
植物
世代交代は植物の進化において重要な概念である。すべての陸生植物は世代交代を持っています。
コケやその親戚（蘚苔類）では、ハプロイド配偶子植物が優勢な世代であり、二倍体胞子植物は、配偶子植物から成長した胞子を持つ茎である。シダ類では二倍体胞子植物の方がはるかに大きくなりますが、ハプロイド配偶子植物も小さな植物で長く成長することができます。
花を咲かせる植物（被子植物）の場合、胞子植物の発生は、小さな生殖構造（花粉や卵子）を除いて、ほぼ全ライフサイクル（緑色の植物、根など）を指します。
胞子植物は、減数分裂によって、胞子（それ故に名前）を生成します。これらは配偶子植物に発展します。胞子と結果として生じる配偶子植物の両方がハプロイドである、彼らは半分の数の染色体を持っていることを意味します。その後、成熟した配偶子植物は、有糸分裂によってオスまたはメスの配偶子（またはその両方）を生成します。雄性配偶子と雌性配偶子の融合（受精）により、新しい胞子植物に発展する二倍体の接合体が生成されます。これは、世代交代や相交代として知られているサイクルです。
植物の進化の要因として
画期的な著作である「植物の変化と進化」の中で、ステビンスは、世代交代が植物の全体的な進化にどのように関係しているかを論じています。彼は始めた。
"動物の性周期と植物の性周期の間に見られる最も顕著な違いは、少数の原生動物を除いて、動物はすべての段階で二倍体であるのに対し、ほとんどすべての植物は多かれ少なかれハ倍体の段階を持っているということです。さらに、世代交代の種類の順序は...植物の進化の最もよく知られた特徴の一つです...二倍体の世代は、間違いなく何度も独立して進化してきた」。
後にステビンズがコメントしています。
"二倍体の状態は、遺伝的優性と劣性の状態を可能にするので、柔軟性の増加をもたらします。ハプラス体では、すべての新しい突然変異は直ちに選択の作用にさらされます...一方、二倍体では、新しい突然変異体はヘテロ接合体として生まれ、劣性であれば選択から守られます。
ポイントは、二倍体では、新しい対立遺伝子は保護されており、（集合的に）個体群の潜在的な変異の貯蔵庫になっているということです。
藻類
ほとんどの藻類は優性配偶体世代を持っていますが、いくつかの種では配偶体と胞子は形態的に類似しています（同型）。
蘚苔類
白蘚類（コケ類、肝草類、角藻類）は、成体の胞子植物が栄養を配偶子植物に依存している優勢配偶子期を持っています。胞子植物は雌性器内の接合体から発育するので、初期の発育は配偶子植物によって養われます。
維管束植物
独立した胞子植物は、今日まで生き残っているすべてのクラブモス、ホーステール、シダ、裸子植物、アンギオスペルマム（花の植物）の支配的な形態である。
初期の進化
初期の土地の植物は、同一の胞子を生産する胞子植物を持っていた：彼らは、彼らが開発したどの性別であっても同じように見えた。裸子植物の祖先は、複雑な異胞子性のライフサイクルを進化させた：オスとメスの配偶体を生産する胞子は、異なるサイズであった。男性の微小胞子よりも大きく、数が少ない傾向にある女性のメガスポア。
デボン紀の間に、いくつかの植物群は独立して、単一のメガスポラージが親胞子の胞子膜の中に保持されていたヘテロスポリーと後にエンドスポリーを進化させた。これらの内分泌性のメガスポアは、女性の性器と卵細胞を持つ小型の多細胞の雌性配偶体を持っていた。卵子は、プレポレンの形で風媒性のminiatuarised male gemetophyteによって産生された自由遊泳精子によって受精された。
結果として得られた接合体は、親胞子の胞子膜の中にある単一の大きなメスのメガスポアの中にいる間に、次の胞子膜の世代に発展しました。ヘテロスポリーとエンドスポリーの進化は、裸子植物とアンギオスペルマムによって生産される種類の種子の進化の中で最も早い段階の一つであった。
シダでは、配偶子植物は胞子植物よりも小さい。図1-3は胞子から成長した配偶子植物である。図4 完全に成長した配偶子植物は、小さな平たい植物で、ほとんどの場合、細胞が一層だけになっています。図5は、配偶子植物の中心付近にある卵細胞が受精した後、葉や根を持つシダ植物に成長したものです。
花木では、胞子植物は花粉と卵巣内の巨ガメ藻を除く多細胞体全体を構成している。
他の生物の類似プロセス
いくつかのクロマルベオラータ、いくつかの真菌、いくつかのスライムカビは、本物の世代交代と思われるものを持っています。これらのグループには、この現象がどの程度一般的なのかを言うのが難しいほど、様々なタイプのものが含まれています。確かにスライムカビは単系統のグループではなく、他の2つのグループにも当てはまるかもしれません。
動物
ライフサイクルも参照
多細胞二倍体世代と多細胞ハ倍体世代の世代交代は動物には存在しない。
動物の中には、異なる二倍体の段階を持つライフサイクルがあるものもある。これは「世代交代」と呼ばれることもあるが、植物や一部の原生生物で起こることとは全く異なる。最も一般的なケースは、2つの異なる世代が存在し、一方の世代のみが有性生殖を行うというものです。これまでに発見されている動物には、クニダリアやツナガタムシなどがいます。右の画像はクラゲの場合です。メデューサはポリプとは違った表現型をしています。メデューサだけが有性生殖をしています。
ライフサイクルの形態を持つ他の動物には、ある種のフリュークのような寄生虫が含まれており、これらの寄生虫は、その人生のある部分では異なるカタツムリの中に住み、別の部分では脊椎動物の中に住む。
場合によっては、2世代以上の周期を含むこともある。その場合、1つの段階のみが有性生殖を利用します。例えばアブラムシでは、有性生殖を行う1世代と、無性生殖の一種であるパルテノジェネシスを利用する40世代までがあります。
クラゲのメデューサフォーム
クラゲのポリプ
質問と回答
Q:世代交代とは何ですか?
A:世代交代とは、植物（および一部の原生生物）のライフサイクルにおける形態の交代を表す用語です。染色体が2n個ある2倍体（胞子体）と、染色体が1組しかない半倍体（配偶体）があります。どちらも多細胞体である。
Q:有性生殖はどのように行われるのですか?
A:有性生殖では、1組の染色体を持つ半数体と2組の染色体を持つ2倍体が存在する。動物の場合、通常、体（ソーマ）は2倍体であり、倍数体段階は配偶子のみである。
Q:真核生物が世代交代をするのは、どういう意味ですか?
A:真核生物が世代交代をする場合、2倍体期と半数体期の両方が多細胞生物であることを意味します。典型的な例はコケ類で、緑色の植物は半数体の配偶体、生殖相は2倍体の胞子体である。
Q:この言葉は有性生殖を指すのですか、それとも無性生殖を指すのですか?
A:有性生殖のことで、生物には無性生殖もある。
Q:この用語は、動物のライフサイクルステージと関係があるのですか?
A:いいえ。この用語は、見た目は全く異なりますが、すべての細胞が2組の染色体を持つ、動物のライフサイクルステージと混同しないでください。
Q:通常、2つの形態が交互に繰り返されるのはどのような生物ですか?
A: 植物（原生生物も含む）は、2n個の染色体を持つ2倍体（胞子体）と、1組の染色体を持つ半数体（配偶体）の2つの形態が交互に現れることがあります。どちらも多細胞体である。
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