減数分裂とは：定義・過程・染色体半減が生む遺伝的多様性
減数分裂の定義と過程を図解でやさしく解説。染色体半減が生む遺伝的多様性と有性生殖への影響を具体例で理解できます。
減数分裂は細胞分裂の特殊なタイプで、通常の体細胞が行う分裂（有糸分裂）とは目的と結果が大きく異なります。減数分裂では、染色体の数が半分になった配偶子（性細胞）が作られ、将来の受精で染色体数が元に戻る仕組みになっています。この過程は、長い目で見ると遺伝的変異をもたらし、種の多様性に重要な役割を果たします。
基本的なしくみと用語
有性生殖では、性の生殖は、精子が卵子を受精させることで新個体が始まります。ここで作られるのが配偶子であり、たとえば哺乳類の雄は精子、雌は卵子を作ります。配偶子は体細胞の半分の染色体数しか持たないため、受精により元の二倍体に戻ります（受精により、染色体数が回復する）。
種ごとの基本的な染色体数は核型や配列で特徴づけられます。典型的には体細胞が持つ染色体数を2n、配偶子が持つ数をnと表します。ヒトでは2n = 46、すなわちn = 23です。多くの二倍体生物では各染色体が両親由来の2コピーずつ存在します（二倍体で）。ただし性染色体は例外があり、哺乳類では雌がXX、雄がXYという組み合わせを持ちます。
減数分裂の過程（概要）
減数分裂は大きく分けて2回の分裂（減数第一分裂と減数第二分裂）からなり、その前にDNA複製が起こります。主な段階は次のとおりです。
- 前期（前段階を含む）：第一次分裂の前にDNAが複製され、相同染色体（父方・母方の一対）が対合します。対合中にシナプトネマル複合体が形成され、遺伝子の交換（交叉、クロスオーバー）が起きて遺伝的組換えが生じます（これが多様性の主要因の一つです）。
- 中期 I：相同染色体対が赤道面に整列します。対になった染色体の配列はランダムで、これが独立の配偶子への組合せ（独立の法則）を生みます。
- 後期 I：相同染色体が引き離され、各極へ移動します。ここで染色体数は半減します（減数的分離）。
- 終期 I と細胞質分裂：細胞は2個の二次配偶子相当の細胞に分かれます（各々は姉妹染色分体を持つが相同染色体は分かれている）。
- 減数第二分裂（類似分裂）：姉妹染色分体が分離して、それぞれが別の細胞に入るため、最終的に4つの一倍体（n）の細胞が出来上がります。
遺伝的多様性が生まれる仕組み
減数分裂が遺伝的変異を増やす主な理由は次の2つです。
- 交差（クロスオーバー）：相同染色体間で遺伝情報が交換され、新しい対立遺伝子の組合せが作られます。
- 独立の配向（独立の分配）：相同染色体対がどちらの極に向かうかはランダムであり、これにより配偶子ごとの染色体組合せが多様になります。
生物学的意義と例外・注意点
ほとんどの有性生殖を行う真核生物は生物は減数分裂を利用して配偶子を作ります。これには多くの単細胞真核生物も含まれます。一方、古細菌や細菌のような原核生物では、減数分裂は起こらず、無性の分裂や水平遺伝子伝達など別の方法で遺伝情報が受け継がれます（原文にあるように、たとえば二元分裂など）。
動物では減数分裂は生殖器官内で行われ、雄の精子形成（精子形成＝spermatogenesis）と雌の卵形成（卵形成＝oogenesis）で特徴が異なります。特に卵形成では細胞質の分配が非対称になり、極体（polar bodies）を生じて一つの大きな卵ができるのが一般的です。植物では減数分裂でできた胞子が世代交代（世代交代）における配偶子形成へとつながります。
減数分裂には誤り（例えば非分離＝nondisjunction）も起こり得ます。これが原因で染色体数が異常になると、染色体異常（例：ダウン症候群は21番染色体の三倍体）などの先天的な疾患や生殖細胞の不全が生じることがあります。
まとめ
- 減数分裂は配偶子（性細胞）を作る特殊な分裂で、染色体数を半減させる。
- 交差と独立の配向により遺伝的多様性が生まれ、種の進化や適応に寄与する。
- ほとんどすべての有性生殖を行う真核生物が減数分裂を利用するが、原核生物（古細菌、細菌など）は例外である。
（注）本文中の用語や詳しい分子機構、プロセスの詳細は、学術的な教科書やレビューで補足すると理解が深まります。
相同染色体の染色体間でクロスオーバーが起こる
有性生殖の一環としての減数分裂
受精の意義
子孫はそれぞれの親から一組の染色体を得ますので、全体として、遺伝の半分はそれぞれの親から得ます。しかし、２本の染色体は親の染色体と同じではありません。これは、交叉と呼ばれるプロセスによって、縮小分裂の間に染色体が変化するからです。
減数分裂の意義
これは二重の意味があります。
1.まず、各卵子や精子の染色体を1セットだけにする。
染色体上の特定の遺伝子座では、2つの染色体に異なる対立遺伝子（遺伝子の形）が存在する可能性があるため、ペアの2つの染色体は同一ではありません。染色体のペアを考えてみましょう。それぞれの染色体のペアから、それぞれの配偶体には1本しか入りません。そもそも配偶子は、それぞれのペアによって、父親の染色体を持つ配偶子と母親の染色体を持つ配偶子があるために、異なるものとなります。これを「独立した取り合わせ」といいます。
2.親染色体の各ペアの間で交雑が起こるようにすること。交差交配は、特定の染色体上に座る対立遺伝子を変化させます。
そのため、「母の染色体」「父の染色体」と表現されていますが、実際には、配偶体の染色体はすべて親の染色体と同じではありません。これは減数分裂の過程で染色体の断片が交換されているからです。
受精卵の染色体は1セットしかありませんが、そのセットは両方の親からの遺伝物質がシャッフルされて混ざったものです。一つ一つの卵や精子は、親の染色体から異なる対立遺伝子を選択している可能性があります。
トランプの山をシャッフルするのと同じように、個々の遺伝子に変化（突然変異）がなくても、遺伝子の多くの異なる組み合わせを作り出すことができます。しかし、突然変異は発生し、以前の集団にはなかった対立遺伝子が追加されることがあります。いずれにしても、シャッフルは子孫の多様性を高め、多様性は子孫の少なくとも一部に困難な時代を生き抜くためのより良いチャンスを与えます。減数分裂で起こる対立遺伝子のシャッフルが、有性生殖が存在する理由なのかもしれません。
"性の集団が無性のものよりも長期的な利点を持つべき理由を考えるのは難しくありません。"彼らは変化する状況に合わせてより迅速に進化することができます..."
特殊なケース
周期的なパルテノジェネシス
いくつかのかなり大きな分類群（生物のグループ）では、周期的な傍系発生を利用しています。これは、処女出産によっていくつかの世代が生まれ、その後、正常な有性生殖によって1世代が発生するというものです。例としては、アブラムシやクラドケラン（水ノミと呼ばれる小型の甲殻類）などが挙げられる。アブラムシは通常次のように動作します：天候が良く、植物の宿主が最高の状態になると、寄生生殖を利用します。季節の終わりには、天候が悪くなると、彼らは有性生殖を使用しています。この生殖システムはアポガミーと呼ばれています。
傍系発生では、卵子には母親の遺伝物質のみが含まれており、受精することはありません。卵子細胞は減数分裂と有糸分裂のどちらかの方法で作られます。減数分裂が起こると、交配によって母体とは多少異なる遺伝的指紋が得られます。つまり、近親遺伝性のミドリバエの子孫は同一ではなく、いくつかの遺伝的変異を示しています：減数分裂によって染色体のセグメントが異なるのです。減数分裂によって、同じ子孫が生まれるのです。
これらの近縁種の中には、性を完全に放棄した種が数多く存在する。
性の喪失
いくつかの真核生物は、完全に有性生殖の能力を失っているため、減数分裂を持たない。その中には、寄生生殖のみで生殖を行うBdelloidrotifersが含まれています。
減数分裂の詳細
減数分裂は、減数分裂Ⅰと減数分裂Ⅱに分けることができます。
裂け目
第一分裂の機能は、交叉を許可することです。減数分裂と同様に、減数分裂にも原相、メタフェーズ、アナフェーズ、テロフェーズがあります。
プロフェイズI
染色体が見えるようになり、核の包絡線が消え、核の上部と下部にある求心子が染色体を包む紡錘体繊維を形成し始めます。
この段階で、各染色体はセントロメアによって2つの姉妹染色体に分割されます。ペアになった染色体は、4本の染色体（2組の「姉妹」）に押されています。姉妹染色体ではない2本の染色体の間でクロスオーバーが起こり、残りの2本はクロスオーバーされていません。クロスオーバーの結果、参加している染色体のそれぞれのセグメント、DNA、関連するクロマチンタンパク質が交換されます。遺伝学的には、このプロセスは組換えと呼ばれています。
メタファーゼI
染色体は、紡錘体繊維の赤道（中心線）に沿って相同性のあるペアで並んでいます。
アナフェーズI
染色体は、細胞の左右に等量ずつあるように分割されています。人間の細胞には46本の染色体があるので、23本の染色体がどちらかの側にあることになります。
(細胞が2つに分裂するサイトカインシスが起こる 細胞が分裂する)
ていけいそう
2つの娘細胞が完全に分裂し、核包帯が形成され、染色体が目立たなくなります。それぞれの細胞には23本の染色体があります。
メイオーシスII
2つの細胞は、インターキネシスまたは間期IIとして知られている段階で再び分裂する準備をします。これらの細胞の両方が減数分裂Ⅱを通過します。
プロフェイズII
染色体が見えるようになり、核内包が消え、求心子が紡錘体繊維を形成します。
メタフェーズII
染色体は紡錘体繊維の中央線に沿って並んでいます。
アナフェーズII
染色体は2本の染色体に分裂します。染色体は、染色体を構成するDNA（デオキシリボ核酸）の2本の鎖で構成されています。それらはセントロメアと呼ばれる中間の接続によって結合されています。
(サイトカインシスが起こり、細胞が分裂する)
しょうきゅうかんそうち
細胞は完全に分裂する。核エンベロープが改革され、DNAの異なる4つの新しい細胞が作られる。
男性の場合、4つの細胞はすべて精子になります。女性の場合、1つだけが成熟した卵子になり、残りの3つは体内に再吸収されます。
染色体の交叉を示す減数分裂に関わるイベント
問題点
人間では、減数分裂がうまくいかなくなったことによって引き起こされる特定の条件があります。例としては、次のようなものがあります。
質問と回答
Q:減数分裂とは何ですか?
A: 減数分裂は細胞分裂の一種で、染色体の数が通常の半分になり、1つの対に1つの染色体を持つ細胞になることです。還元分割とも呼ばれる。
Q:減数分裂はどのようにして遺伝子のバリエーションを増やすのですか?
A: 減数分裂は、プロフェイズIでの架橋とアナフェイズIでのランダムな分離によって新しい遺伝子の組み合わせを作り、遺伝子のバリエーションを増やしているのです。
Q:生殖細胞とは何ですか?
A:配偶子は生殖細胞やハプロイドと呼ばれる特殊な細胞で、通常の体細胞（体細胞）と比べて染色体の数が半分しかありません。
Q:体細胞数とは何ですか?
A:ある種の体細胞に存在する基本的な染色体の数を体細胞数といい、2nと表記します。ヒトの場合、2n＝46なので、46本の染色体があることになります。
Q:配偶子には何本の染色体があるのですか?
A:配偶子にはn本の染色体があり、ヒトでは23本の染色体です。つまり、通常の2倍体の生物では、それぞれの親から1本ずつ、計2本の染色体が存在します（23x2=46）。哺乳類では、メスは2本のX染色体、オスは1本のX染色体と1本のY染色体を持っています。
Q. 減数分裂は古細菌とバクテリアのどちらで起こるのでしょうか?
A:いいえ、古細菌やバクテリアでは減数分裂は起こらず、単純な細胞分裂で生殖しています。
Q:単細胞生物に有性生殖はあるのでしょうか?
A 単細胞生物も減数分裂を利用して有性生殖を行いますので、有性生殖は起こりますね。
百科事典を検索する