繁殖过程中变异的积累

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繁殖是地球生命持续存在的原因。每个生物体都需要能够繁殖才能被归类为生命体。即使是病毒，其生命性质几十年来一直存在争议，也能够在宿主的体内繁殖。生命的分子基础，即 DNA，需要被复制才能繁殖个体。细胞分裂有两种模式，即有丝分裂和减数分裂，两者都会导致 DNA 的复制。

本质上，有丝分裂是一种无性繁殖的形式，其中产生两个基因型和形态上相同的个体。另一方面，减数分裂定义了有性繁殖。如果所有生物体都通过无性繁殖进行繁殖，那么种群之间几乎不会有任何差异，大自然也不会如此多样化！减数分裂允许生物体发生变异，这不仅对于维持生物多样性很重要，而且还有助于生物体适应和进化。

遗传和繁殖过程中变异的积累

遗传是指性状从亲代传递给子代。有性繁殖物种的变异源于三个遗传过程——突变、染色体的独立分配和基因重组。让我们逐一讨论这些过程。

• 突变——它们是任何生物体基因的随机变化，可能是物理、化学或生物因素的结果。这些变化导致在同一物种的不同个体之间产生相同基因的不同形式（即等位基因）。在无性繁殖的生物体中，突变在有丝分裂过程中简单地传递到下一代。

  然而，在有性繁殖的生物体中，这些突变被整合进去，然后在有性繁殖过程中被进一步重新洗牌。

• 染色体的独立分配.

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  二倍体真核生物含有同源染色体对。一对中的一个成员是从母体遗传的，并包含一组特定的等位基因，另一个是从父体遗传的，并包含一组不同的等位基因。在减数分裂过程中，这些同源染色体对分离，并且该对的成员被分离到不同的子核中，从而产生单倍体配子。每个配子接收什么东西是随机的，并且独立于其他染色体对。染色体的独立分配是经典遗传学的基础。

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  每个亲代都有一组特定的特征，这些特征编码在其配子的染色体中。因此形成的二倍体个体具有从父母双方遗传的特征。在人类的 23 对染色体中，有超过 800 万种可能的组合。因此，个体中没有两对同源染色体是相同的！此外，这解释了在兄弟姐妹中看到的遗传变异，他们都从相同的父母那里继承了他们的特征，但他们继承的等位基因不同。

• 染色体交叉.

  有趣的是，就在同源染色体分离之前，同源染色体会发生“染色体交叉”事件，导致染色体上基因的重组。在重组过程中，一条染色体的等位基因与另一条同源染色体的等位基因交换。染色体交叉增加了有性繁殖生物体变异的几率。

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  突变、独立分配和交叉事件的累积效应是大量变异的积累，这在无性繁殖中是不可能的。

为什么变异很重要？

变异是扩大种群基因库不可或缺的一部分。它导致遗传多样性增加。事实上，遗传与可遗传基因的变异（即“带有修饰的后代”）相结合，是地球整个进化史的基础！

遗传和变异是……的基础。

• 同一谱系的世代多样化。

• 在不利条件下的进化优势。

• 生物体的适应性。

• 新物种的进化。

• 用于追踪生物体的进化历史和分类。

遗传的分子基础（DNA 和 RNA）

孟德尔用豌豆进行的实验是遗传学的一个基石。他知道某些“因子”负责生物体中观察到的特征，并且每个这些因子都有两种“变体”，其中只有一种从每个亲代传递给子代。然而，他不知道这个因子是什么。

一些突破性的实验，包括弗雷德里克·格里菲思（1928 年）、阿弗里、麦克劳德和麦卡蒂（1944 年）以及赫尔希和蔡斯（1952 年）的实验，提供了确凿的证据，证明正是 DNA，而不是 RNA 或蛋白质，是遗传的分子基础。

核酸（DNA，脱氧核糖核酸和 RNA，核糖核酸）是生命连续性的基础。DNA以基因的形式携带信息，这些信息从亲代传递给子代。在真核生物中，DNA存在于细胞核中，并被组织成染色体。每条染色体都包含编码个体特定特征的基因。根据染色体上存在特定基因的哪个变体（即哪个等位基因），个体之间该特征的表型性状会有所不同。

DNA 和 RNA 之间的区别

每个 DNA 或 RNA 分子都是称为核苷酸的单个单元的多聚体。因此，核酸是多核苷酸分子。每个核苷酸单体都包含：

• 一个含氮碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶或胸腺嘧啶。注意，在 RNA 中，胸腺嘧啶被尿嘧啶取代）。

• 一个核糖糖（DNA 中为脱氧核糖，RNA 中为核糖）。

• 一个磷酸基团。

DNA	RNA
包含两条多核苷酸链，以右手方式围绕共同轴线盘绕	单多核苷酸链
腺嘌呤与胸腺嘧啶配对	腺嘌呤与尿嘧啶配对
胞嘧啶与鸟嘌呤配对	胞嘧啶与鸟嘌呤配对
含有 2'-脱氧核糖	含有核糖
以称为基因的核苷酸片段的形式携带遗传信息	将 DNA 的基因转录本（mRNA）翻译成蛋白质

虽然 DNA 是所有生物体的可遗传遗传物质，但也有一些病毒携带 RNA 作为其遗传物质。

结论

这在以下情况下可见：

• 遗传是指性状从亲代传递给子代。

• 变异是指任何物种个体之间的差异。它可能是由于遗传或环境原因。

• 在染色体的独立分配和交叉事件期间，变异在有性繁殖过程中积累。

• 染色体的独立分配确保从亲代随机遗传特征。

• 交叉和重组对于构建新的基因组合和同一物种个体之间的变异至关重要。

• 变异对于物种的适应和进化、增强生物多样性以及……很重要。

• DNA 是所有生物体遗传的分子基础，并以基因的形式携带信息。每个基因都有称为等位基因的变异形式，这增加了不同个体之间的遗传变异。

常见问题

Q1. 配子的基因组成如何决定人类的性别？.

A1. 在人类中，性别由性染色体决定。男性具有 XY 性染色体组合（一个 X 来自母亲，一个 Y 来自父亲），而女性携带 XX 染色体对（每个亲代一个 X 染色体）。

Q2. 父母双方是否总是参与所有性状的遗传？.

A2. 否。有些性状，尤其是某些疾病是性连锁的，可能存在于性染色体上。此外，我们知道线粒体有自己的 DNA。事实上，线粒体 DNA 仅从母亲那里遗传。在所有其他核性状的遗传中，父母双方都参与其中。

Q3. 性连锁性状是什么意思？.

A3. 性染色体不仅决定了个体的性别。它们携带编码色盲、血友病等性状的其他等位基因。

Q4. 体细胞变异是什么意思？.

A4. 子代从其父母那里获得或继承其遗传信息。然而，在合子发育过程中，其体细胞（非配子）细胞可能会获得未整合到种系中的突变变化。这些性状不会被个体的后代遗传。

Q5. 交叉是否总是导致遗传变异？.

A5. 交叉可能发生在同源对的非姐妹染色单体上基因的相同等位基因之间。在这种情况下，可能会发生交叉，但除非两条染色体上的等位基因不同，否则它不会导致任何新的变异。