Life cycle

The life cycle of an individual organism, from when it begins as a reproductive cell to when it eventually forms reproductive cells, can be shown in a variety of diagrams; however, a circular diagram is often used, and this is called the life cycle.

There are asexual and sexual life cycles. In an asexual cycle, the life cycle is repeated asexually, and the number of chromosomes in the nucleus (karyophase) does not change throughout the life cycle. This is the life cycle of organisms that are not known to reproduce sexually (such as imperfect fungi), and is an ancillary life cycle in organisms that reproduce both sexually and asexually.

Sexual cycles are life cycles that are repeated through sexual reproduction, and have alternating karyophases. That is, meiosis results in haploid cells (half the number of chromosomes, indicated by n), and when two of these cells undergo successive cytoplasmic fusion and karyofusion, they become diploid (multiple, 2n) (these cells are called zygotes). However, in organisms where cytoplasmic fusion does not occur immediately after karyofusion, the cells remain diploid (n+n), with two haploid nuclei side by side. In any case, when and where the three steps of cytoplasmic fusion, karyofusion, and meiosis occur are determined by the genetic information of each organism group. Therefore, the following basic types of sexual cycles can be seen.

(1) Halophase The halophase develops, and the only dimorphic phase is the zygote. The green algae Spirogyra develops from the zygote produced by somatic cell fertilization. The red algae Nazophyll aurea also has a halophase.

(2) Semi-simple diploid cycle The haploid body (gametophyte) is developed, and the diploid body (sporophyte) has a simple structure. In the brown algae, Polypodium nigricans, heterogametes fuse, a small leaf-like sporophyte develops from the zygote, and a large tree-like gametophyte grows from the euspore (n) formed by the sporophyte. The sporophyte in mosses is also small.

(3) Monodiplophyte Both haploid and diplophyte are developed. In the red algae Gelidium niger, the diplophyte and the female and male gametophytes arising from the euspores are of the same size and type. In the aquatic fungus Azotobacter niger, the hermaphroditic haploid and diplophyte are of the same size and type.

(4) Semi-diploid cycle: Haploid bodies are small and diploid bodies are large. This is a typical life cycle of plants. In kelp, eggs and sperm are produced in tiny thread-like haploid bodies with separate male and female bodies, and large kelp grows from the zygote (fertilized egg). In angiosperms, the embryo sac and pollen tube are haploid.

(5) Diplophase: The diplophase develops and the haploids are gametes (or true spores). This is a typical life cycle for animals. In the brown algae Sargassum, male and female diplophases produce zoogametes.

(6) Semi-single-phase cycle: Haploids develop, there is a short period of helical phase, and diploid phase is temporary. In most Ascomycetes, haploids fuse together, and the ascospore mother cells at the tips of the resulting short helical phase hyphae become diploid, and soon produce euspores.

(7) Haplophase: Haplophase and diplophase are developed, and diplophase is temporary. This is a typical life cycle of developed fungi. In many basidiomycetes, haplophase bodies fuse together to form diplophase mycelium, but later, after the formation of fruiting bodies, the basidiomycete mother cells become diplophase, and euspores are produced immediately.

(8) Semi-multiple-phase cycle The single-phase period of the previous single-phase cycle varies depending on the conditions. If the single-phase period is short, it becomes a semi-multiple-phase cycle.

(9) Hyperphase: A life cycle in which the periods of haploid and diploid phases are temporary and the hyperphase period is long. In the case of the Sphaeroides, euspores fuse to form hyperphase mycelium, which then undergoes karyogamy and meiosis to produce euspores.

The reason we see such a variety of life cycles is because in the past, organisms have evolved to cope with changing environmental conditions and created new life cycles. The following two series have been recognized in the evolution of this life cycle. One is the monoploidy cycle series (monoploidy cycle → quasimonoploidy cycle → monoploidy cycle → quasi-biploidy cycle → biploidy cycle), in which the diploidy period gradually becomes longer, and the other is the monoploidy cycle series (monoploidy cycle → quasimonoploidy cycle → monoploidy cycle → quasi-biploidy cycle → biploidy cycle), in which the biploidy period gradually becomes longer. The former series has developed in plants and animals, and the latter series is seen in fungi.

[Hironori Terakawa]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

生物の個体が生殖細胞から出発して成長し、やがて生殖細胞を形成するまでの生活過程（生活史）は、さまざまな図式で示すことができるが、しばしば環状図式が使用され、これを生活環という。

　生活環には無性環と有性環とがある。無性環は生活史が無性生殖によって繰り返されるもので、生活環を通して核の染色体数（核相）は変化しない。これは有性生殖が知られていない生物（不完全菌類など）の生活環であり、また、有性生殖と無性生殖とを行う生物にあっては有性環に付随する生活環である。

　有性環は生活史が有性生殖によって繰り返されるもので、核相交代がある。つまり、減数分裂によって単相（半数の染色体、nで示す）となり、この細胞二つが細胞質癒合と核癒合とを続けて行うと複相（倍数、2n）となる（この細胞は接合子といわれる）。しかし、細胞質癒合が行われても、すぐには核癒合がおきない生物では、その間は単相核が二つ並んだ状態の重相（n＋n）となる。いずれにしても、細胞質癒合と核癒合と減数分裂の三つが、いつ、どこでおこるかは、生物群ごとにそれぞれの遺伝情報によって決まっている。したがって、有性環には次のような基本型がみられることとなる。

(1)単相環　単相体が発達し、複相は接合子だけである。緑藻類のアオミドロは体細胞接合を行って生じた接合子から単相のアオミドロが成長する。紅藻類のウミゾウメンも単相環である。

(2)準単複相環　単相体（配偶体）が発達し、複相体（胞子体）は簡単な体制である。褐藻類のムチモでは、異型動配偶子が接合し、接合子から小さい葉状の胞子体ができ、胞子体が形成した真正胞子（n）から大きい樹状の配偶体が成長する。コケ植物における胞子体も小さい。

(3)単複相環　単相体、複相体は、ともに発達している。紅藻類のテングサでは、複相体と、真正胞子から生じた雌配偶体、雄配偶体は同型同大である。水生菌のカワリミズカビでは、雌雄同体の単相体と複相体は同型同大である。

(4)準複相環　単相体は小さく、複相体は大きい。植物類の代表的生活環である。コンブでは、微小な糸状で雌雄別の単相体に卵、精子を生じ、接合子（受精卵）から大きいコンブが成長する。被子植物では胚嚢(はいのう)と花粉管が単相である。

(5)複相環　複相体が発達し、単相は配偶子（または真正胞子）である。動物類の代表的な生活環である。褐藻類のホンダワラでは、雌雄別の複相体に動配偶子を生ずる。

(6)準単重相環　単相体が発達し、短期間の重相があり、複相は一時的である。子嚢菌類の多くは単相体の間で接合し、そこから生じた短い重相菌糸の先端部の子嚢母細胞が複相となり、すぐに真正胞子ができる。

(7)単重相環　単相体と重相体が発達し、複相は一時的である。発達した菌類の代表的生活環である。担子菌類の多くは単相体間で接合して重相菌糸体となるが、のちに子実体を形成してから担子器母細胞が複相となり、すぐに真正胞子ができる。

(8)準重相環　前の単重相環の単相の期間は条件によってさまざまである。単相の期間が短いと準重相環となる。

(9)重相環　単相と複相の期間が一時的であり、重相の期間の長い生活環をいう。クロボキン類では真正胞子が接合して重相菌糸体が成長し、のちに核癒合と減数分裂が行われて真正胞子ができる。

　このようにさまざまな生活環がみられるのは、生物が過去において、変化する環境条件に対処して進化し、新しい生活環をつくりだしてきたからである。この生活環の進化には、次のような二つの系列が認められる。一つは、複相期間がしだいに長くなる単複相環系列（単相環→準単複相環→単複相環→準複相環→複相環）であり、もう一つは、重相期間がしだいに長くなる単重相環系列（単相環→準単重相環→単重相環→準重相環→重相環）である。前者の系列は動植物で発達したものであり、後者の系列は菌類にみられるものである。

［寺川博典］

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