Fragmentation
n, plural: fragmentations
Definition: 親生物が断片に分裂する無性生殖のように、小さな部分に分裂すること
目次
断片化の定義
断片化とは何か？ 一般的に断片化とは、断片と呼ばれる小さな部分に分割される状態やその過程を指します。
生殖生物学における断片化
断片化のプロセスは、多細胞生物（単一の細胞以上で構成されている生物）で主に起こる最も重要なメカニズムの一つです。 生殖生物学では、断片化とは、生物が分割され、後に元の生物と同じように成長する過程を意味します。
断片化では、様々な生物が分裂して断片が形成されます。
断片化では、様々な生物が分裂してできた断片が、成長のサイクルを経て、形や大きさなどが親と同じである成熟した個体に成長します。 資料1）
断片化のプロセスの最大の特徴は、このプロセスが意図的にも非意図的にも起こりうるということです。 例えば、人為的な原因や環境の変化によって生物が断片化され、最終的には親と似たような完全な成熟した生物に成長することがあります。
断片化は動物と植物の両方で見られます。
断片化は、動物にも植物にも見られ、菌類、地衣類、カビ、ミミズ、ウミウシ、アコヤガイ、カイメンなどが断片化による生殖を行う代表的な例です。 下の画像は、ヒトデの断片化を示したものです。
断片化と分裂
断片化のプロセスは、実際には、生物が様々な断片に分割され、時間の経過とともに完全な生物へと発展するプロセスです。
Process of Reproduction
親から新しい個体/生物が形成される生物学的プロセスは、生殖と呼ばれます。 生殖には有性生殖と無性生殖の2つの形態があり、多くの研究者が広く研究しています。 2人の親の交配によって子供が生まれる過程を有性生殖といいます。 両親はそれぞれ、女性から卵子を、男性から精子を提供し、これら2つの配偶子が受精のプロセスを経て結合した後、接合体が形成され、それが胚へと成熟し、最終的には完全に成長した生物となる。 有性生殖の種類には、同胎性、内受精、外受精、自家受精などがある。
片方の親だけで生殖のサイクルを実現する過程を無性生殖といいます。 その例としては、二分裂、出芽、断片化、単為生殖などがあります。 二分一分裂はバクテリアに見られ、1つのバクテリアが2つの細胞に分裂する傾向があることを示している。 出芽では、親の体に非常に小さな器官が形成され、しばらくするとそれが壊れて、最終的に2つの個体に成長する傾向がある。 このタイプの無性生殖は、酵母やいくつかのヒドラ動物に見られる。 参考文献2）断片化では、親と同じように成長する能力を持った様々な断片に親生物が壊れることで繁殖します。 サンゴやカイメン、ヒトデなどによく見られる。
また、無性生殖は、魚類、爬虫類、両生類などに多く見られます。
有性生殖と無性生殖の比較については、以下の表を参照してください：
表1: 有性生殖と無性生殖の比較
| Sexual 生殖 | 無性生殖 |
|---|---|
| 二人の親が関わっている | 一人の親が関与する |
| 卵が精子によって受精する | 親から新しい生物が形成される。 |
| ヒト、植物、動物の多くに見られます。 | ヒト、多くの植物、および多くの動物に見られます | バクテリア、爬虫類、特定の動物に見られます。 |
| 子孫は親と多くの主要な側面で異なっている | 子孫は親や祖先と同一である |
| プロセスは時間がかかりますが | プロセスは時間がかかりますが、次世代の遺伝的なバリエーションを増やすことができます |
断片化 – 一般的なステップ
生物学では、無性生殖のために断片化のプロセスが非常に重要です。 前述したように、これは親個体の体の小さな器官や部分が分離され、最終的に完全に成熟した生物に成長するという生殖形態です。 ここでは、ヒラタムシの仲間であるプラナリアを例に挙げて説明します。
断片化と再生
断片化と再生という言葉は、生殖の際に使われる言葉としてよく知られています。 それでも、両者には共通の違いがあり、それがよくわかります。 断片化とは、生物の一部が小さな断片に分解され、それが成長して別の同一の生物になることですが、再生とは、生物が失われた体の一部を再生する能力を持つことです。 要するに、断片化によって新種が生まれ、再生によって新しい器官が形成されるのである。 すべての生物は失った体の一部を再生する能力があると考えられているが、断片化によって繁殖する能力を持つ生物はごく少数である。 再生のプロセスはトカゲやタコなどに見られる。 断片化と再生の詳細については、図4をご覧ください。 (参考文献3)
断片化-利点
断片化の最大の利点は、オスとメスの交配が必須ではないため、片方の親だけで実現できることです。 親生物の体から断片が形成され、その断片が成長して新しい同一生物に変化し、その王朝になることで、生殖の全サイクルが容易に実現できます。 断片化のプロセスの第二の重要な利点は、その繁殖サイクルが比較的少ない時間で達成できることである。 有性生殖では交尾の時期や条件で無駄になっていた時間が、無性システムによる生殖では回避できるのです。 このように、無性生殖の一種である断片化は、非常に迅速なプロセスです。 さらに、断片化は子孫を残すのに非常に速いプロセスであるため、生殖の連鎖が1つの個体から2つ、2つから4つへと進むにつれて、比較的多くの生物を短時間で生み出すことができると考えられています。 したがって、断片化によって1つの親から同じ生物の全く新しい世代をより短時間で作り出すことができるのである。 最後に、断片化のプロセスを生物学において非常に重要なものにしているもう1つの利点は、どんな環境や気候条件でも発生し、進行することができるということです。 (参考文献4)
断片化-短所
上記の議論から、無性生殖、特に断片化が、比較的短時間でより大きな生物を生み出すことで、生態系の均衡を保つ上で非常に重要な役割を果たしていることが理解できますが、このプロセスには多くの短所があります。
無性生殖は単一の親によって行われるため、その親の形質、遺伝子、特性のみが新しい世代に受け継がれます。
有性生殖では、片方の親の遺伝子が混合されます。
断片化の第二の欠点は、かつて両親に見られた同じ遺産の問題が、次の世代にも現れる可能性が高いことです。 このプロセスは、無性生殖では常に発生しており、同じ形質や染色体がコピーされ、すべての子孫に引き継がれます。
断片化によって生み出された種は、同じものになりがちです。
断片化によって生み出された種は同一のものになりやすいので、体が弱いと寄生虫や捕食者に襲われやすくなります。 その結果、生き延びるのに苦労することになるかもしれません。 また、環境や生息地の急激な変化など、さらなるプレッシャーがかかると、さらに苦戦し、最終的には淘汰されて絶滅してしまう可能性もあります。
要するに、生物学における断片化は、1つの生物が2つに分裂し、さらにその断片から別の2つの生物が生まれるという連鎖的なプロセスであるため、個体数のコントロールに問題があります。
断片化の例
断片化のプロセスは、植物、動物、そして多様なミクロの生物において、繁殖の形として見られます。
菌類・藻類の断片化
断片化は、菌類や地衣類では非常によく見られます。 カビ、酵母、キノコなどの真菌類は、無性の断片化によって生殖が行われています。 分裂の過程で達成される特別なタイプの構造は、ハイパエと呼ばれています。 菌類の菌糸が作られる糸状の枝である。 菌糸は母菌の枝であり、ここから簡単に切り離すことができ、変身することができる。 菌糸が分裂する前は、菌体の上で成長し、成長や栄養に必要な食物や水を得ています。 菌糸が自給自足や繁殖に適した状態になると、母体から切り離され、独立して生活するようになる。 また、ある種の藻類は断片化によって繁殖する。 例えば、Spirogyraのような糸状の藻類は、自分自身を断片的に切り刻むことで繁殖します。
植物の断片化
植物の断片化は、最も一般的には、植物型の断片化と言われています。 植物では、ほとんどの場合、古い木、潅木、シダ、多年草からの根茎やストロンの分散を介して新しい根やシュートシステムを生成することによって、そのコロニーの直径が強化されます。 このように、根がコロニーから切り離されると、それ自体が成長する傾向があるため、全く新しい根系が生まれるのである。
- ヤナギなどの木本植物は、小枝を難なく脱ぎ捨て、適切な環境条件の下で新しい植物に成長することがあります。
- 植物の一部が脱落して新しい生物になることは、Kalanchoe daigremontianaなどの非木本性植物でも観察されます。 下の写真では、K. daigremontianaの葉の上に不定形の植物体があるのがわかります。
- コケやミズゴケのような非維管束植物では、断片化による繁殖もよく見られます。 Merchantia polymorpha (common liverwort)は、元の植物から壊れて新しい独立した植物になるゲマインを作ることで断片化を行う非維管束植物の例です。
以下は、植物におけるフラグメンテーションの発生とその重要性を示すビデオです。 ハードコーラルもソフトコーラルも簡単に断片化されます。 同様に、モンティポラ、アクロポラ、ポキポラ、ユーフィリア、カラストレアなどの品種も断片化することができます。 多くの海洋性のイソギンチャクは、分裂や断片化のプロセスを経て自己繁殖する。 その他の動物の断片化の例としては、前のセクションで詳しく説明したヒトデやプラナリアの例があります。 (参考文献5)
Fragmentation in Cell and Molecular Biology: 定義と生物学的重要性
生殖断片化のプロセスを細胞レベルで見てみましょう。 DNAクローニングとは、DNA分子の複製、つまり、特に無性生殖のために、DNAの正確なコピーまたは「クローン」を作ることを指します。 自然な方法で、生物はその「クローン」（子孫）のために同一のDNA分子を作ります。 ここでいうクローンという言葉は、複製された個体がその祖先のものと同一のDNAを示すという事実を意味する。 これは断片化の際に起こる。 しかし、DNAクローニングは、二分一分裂のような他の無性生殖の形態でも起こるので、排他的なプロセスではない。
DNAクローニングは、自然界でも人工的な方法でも行うことができます。
DNAクローニングは自然にも人工的にも可能で、研究者はこのプロセスを研究所で研究や実験に利用しました。
断片化の使用のこの分子的な側面とは別に、この用語は、細胞の部分が断片化される別の細胞プロセスを説明するためにも使用されます。 これは、特にアポトーシスに見られます。 アポトーシスとは、プログラムされた細胞の破壊が起こるプロセスであり、形態学的変化の非常に組織的なシーケンスによって達成されます。 さらに、形態学的変化は、細胞と核の収縮、クロマチンの断片化と凝縮、アポトーシス小体の形成、および利用可能なすべての隣接細胞のファゴサイトーシスのプロセスによって特徴付けられます。 さらに、アポトーシスには、均一なエンドヌクレアーゼの活性化が関与しており、180塩基対または180塩基対の倍数のDNAの断片が切断されます。 このように、アポトーシスとDNAの断片化の関係は、細胞の組織維持に非常に大きな役割を果たしています。
まとめ
生物が2つ以上の断片に分かれて新しい個体（子孫）になる生物学的プロセスを断片化といいます。 これらの断片は成長して成熟し、親と同じ特徴を持つ全く新しい世代になります。 断片化は様々な文献で分裂とも呼ばれており、お互いに同義語である。 フラグメンテーションのプロセスは無性で、つまり片方の親しか関与しません。 そのため、子孫は同じ遺伝的特徴を持つ可能性が高い。 一方、男性と女性の両方の親が関与する生殖は、有性生殖として知られています。
断片化は3つの段階で起こります。
フラグメンテーションは3段階で行われます。
断片の形成から始まり、その断片が発展し、最終的には発展した種へと変化していきます。 無性生殖のサイクル全体、特に断片化は、生物学的に非常に重要です。
断片化は、特定の細胞プロセスを指す言葉としても使われます。
断片化は、一般的に、大きな実体を小さく分割することを意味するため、DNAクローン作成時に起こるDNAの断片化や、特にアポトーシスの最終段階である細胞の断片化などの細胞プロセスに関連して使われます。 DNAクローニングでは、遺伝子の一部が本体から断片に移されますが、アポトーシスでは、死んだ細胞の崩壊が起こります。 ミラー・ラッシング、A.、プリマック、R.、デビクター、V.、& リバ・ペジチャール. (2019年、4月)を参照。 生息地の断片化は生物多様性にどのような影響を与えるのか？ A controversial question at the core of conservation… ResearchGate; Elsevier. https://www.researchgate.net/publication/330445263_How_does_habitat_fragmentation_affect_biodiversity_A_controversial_question_at_the_core_of_conservation_biology
2.Vedantu. (2019, 4月24日). フラグメンテーション. Vedantu.Com; Vedantu. https://www.vedantu.com/biology/fragmentation#:~:text=Fragmentation%20in%20Plants%20and%20Animals,a%20form%20of%asexual%20reproduction.
3.アドミン。 (2018, 8月)を参照してください。 フラグメンテーションとリジェネレーションの違い。 BYJUS; BYJU’S. https://byjus.com/biology/difference-between-fragmentation-and-regeneration/#:~:text=Fragmentation%20occurs%20when%20an%20organism,body%20when%20it%20loses%20them.
4.Jessen, T., Wang, Y., & Wilmers, C. C. (2017). 生息地の断片化は、侵入した木リス（Sciurus carolinensis）に競争上の優位性を与える。 Biological Invasions, 20(3), 607-618. https://doi.org/10.1007/s10530-017-1560-8
5.Hecht, L., & Allcock, M. (2020, June 18). 生息地の断片化が野生動物の福祉に及ぼす影響の可能性. ResearchGate; unknown. https://www.researchgate.net/publication/342292473_Potential_effects_of_habitat_fragmentation_on_wild_animal_welfare