老葉的植物王國

  植物的胚珠。圖片來源：維基百科 想像一下，如果世界上每個人都長得一模一樣，那會是一個多麼無聊的世界啊！正因為每個人都有自己獨特的特點，我們的世界才如此多姿多彩。這種獨特性，很大一部分來自於我們的遺傳基因，而這些基因的多樣性，主要是透過一個叫做有性生殖的過程來實現的。 有性生殖聽起來可能很複雜，但其實它的本質很簡單：就是兩個生物透過合併它們的遺傳物質（也就是我們所說的基因）來產生後代。這個過程中的一個關鍵步驟是減數分裂，它確保了每個後代都能從父母那裡繼承到一半的基因。如果沒有減數分裂，基因的數量會不斷翻倍，導致很多問題，比如資源消耗過多、細胞功能障礙，甚至增加遺傳疾病的風險。 簡單來說，減數分裂就是一種特別的細胞分裂過程，它讓生產出來的配子（也就是精子和卵子）只含有一半的染色體。當精子和卵子結合時，它們就會形成一個新的生命，這個新生命有著完整的染色體數量，既不多也不少。這個過程不僅保持了基因的穩定，而且還增加了生物的多樣性，這對於生物的適應和進化非常重要。 但是，讓我們更深入一點，看看細胞是如何準備進行這個「天雷勾動地火」的受精過程的。研究發現，在植物中，精子（也就是花粉）和卵子在準備受精時會進入一個靜止期，這個時期是它們在等待受精的「靜默」階段。這個靜止期讓它們可以在最佳的時機合併，開始新生命的旅程。 特別有趣的是，高等植物的受精不僅僅涉及到卵子和精子的結合，還有一個叫做雙重受精的過程。這意味著，除了精子和卵子結合外，還有一個精子會和另一個叫做中央細胞的細胞結合。這個過程對於植物的生殖來說非常關鍵。 研究者透過實驗發現，在未受精的狀態下，中央細胞中有一種特殊蛋白質RBR1的累積，這種蛋白質在受精後會迅速減少。這個過程需要精子帶來另一種蛋白質CYCD7;1的幫助，它負責分解RBR1、促進細胞進入下一個生長階段。這意味著，精子不僅僅帶來了遺傳物質，還帶來了讓卵細胞「喚醒」的關鍵因子。 通過這些精妙的機制，植物能夠確保每一代的生命都是獨一無二的，擁有從父母那裡繼承來的，也有通過新的組合形成的獨特基因。這不僅僅是生命的奇蹟，也是自然界維持多樣性和適應性的智慧之舉。 想瞭解更多嗎？請看 完整版 或閱讀期刊論文 參考文獻： Simonini S, Bencivenga S, Grossniklaus U. A paternal signal in...

  植物的胚珠。圖片來源： 維基百科 有性生殖（sexual production）對生物來說是一件非常重要的事。它帶來基因多樣性，讓生物能做到「龍生九子，子子不同」。所以，雖然有些人喜歡把這個過程誇張的描述為「天雷勾動地火」，但其實這樣描寫也不算太過份。 要進行有性生殖，首先要透過減數分裂（meiosis）來產生配子（gamete）。產生配子是因為要能維持每一代的遺傳物質的量穩定。想想：如果我們不經過減數分裂就產生配子，我們的下一代就會變成四倍體、再下一代是八倍體... 或許你覺得沒什麼，但是當基因的量一直增加，要合成這些基因就要消耗非常多的資源。這種情況會引起多種問題。首先，染色體數量的不斷增加會使得細胞分裂變得複雜並可能導致細胞功能障礙。此外，過多的基因拷貝可能引起基因表現失調，影響正常的生理功能。長期而言，這種基因累積可能會對個體的適應性和生存造成負面影響，增加遺傳疾病的風險，並對種群的健康和持續性產生重大挑戰。 如果生物產生配子不需要減數分裂，可能會導致基因多樣性大幅減少。減數分裂是一種特殊的細胞分裂過程，使得配子（精子和卵子）含有一半的染色體數量，從而當它們結合時，能夠產生一個具有完整染色體組的新個體。這個過程增加了遺傳變異，是生物進化和種內多樣性的關鍵驅動力。若沒有減數分裂，後代將直接繼承父母的全部基因，這將限制變異和適應新環境的能力，可能導致生物多樣性的減少和對環境變化的適應性降低。 所以，透過減數分裂來產生配子，的確有它的必要。而產生的配子，接下來就會進入「靜止期」，等待受精那「天雷勾動地火」的時刻。 過去的研究已經發現，植物的精子（花粉）會停留在細胞週期的G1或G2期。但是卵會不會進入靜止期？應該會吧。如果卵進入靜止期，它會停留在那個階段？ 如果要討論高等植物的卵，就還要討論另外一個細胞：中央細胞（central cell，也就是所謂的「極核」polar nuclei）。要知道，高等植物的受精是所謂的「雙重受精」（double fertilization）：一個精核與卵結合，另一個精核則與中央細胞結合。所以，不能只討論卵而不討論中央細胞。 研究團隊做了一些實驗，結果很有趣。植物的卵細胞停留在G2期，但是中央細胞卻停留在S期。 過去有許多研究發現，在S期的細胞要繼續推進，需要一個稱為RBR1的蛋白質。研究團隊也發現，未受精...