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理科 3年

生命せいめいの連続れんぞく性せい — 細胞さいぼう分裂ぶんれつ・生殖せいしょく・遺伝いでん

最終確認日:

この章しょうで学まなぶこと

生物せいぶつはどうして親おやと似にた子こを残のこせるのでしょうか。 そして、 1 個この受精卵じゅせいらんからどのように体からだがつくられていくのでしょうか。 この章しょうでは、 生命せいめいが世代せだいをこえて受うけ継つがれるしくみを学まなびます。

  • 細胞分裂さいぼうぶんれつ (体細胞分裂たいさいぼうぶんれつ・減数分裂げんすうぶんれつ) のしくみとちがい
  • 無性生殖むせいせいしょくと有性生殖ゆうせいせいしょくの特徴とくちょう
  • メンデルめんでるが発見はっけんした遺伝いでんの法則ほうそく (顕性けんせい・潜せん性せい・分離ぶんりの法則ほうそく)
  • 遺伝子いでんしとDNAの関係かんけい、 現代げんだいの遺伝子いでんし研究けんきゅう

キーワード: 細胞さいぼう分裂ぶんれつ・染色せんしょく体たい・受精じゅせい・減数げんすう分裂ぶんれつ・遺伝子いでんし・DNA・メンデル・顕性形質けんせいけいしつ・潜せん性せい形質けいしつ

1. 細胞さいぼう分裂ぶんれつ — 体からだが大おおきくなるしくみ

体細胞分裂たいさいぼうぶんれつとは

私わたしたちの体からだは、 もとは 1 個この受精卵じゅせいらんでした。 そこから細胞分裂さいぼうぶんれつをくり返かえして数すう十じゅう兆ちょう個この細胞さいぼうになります。 この、 体からだをつくる細胞さいぼうが 2 つに分わかれることを 体細胞分裂たいさいぼうぶんれつ といいます。

体細胞分裂たいさいぼうぶんれつが行おこなわれる場所ばしょは、 たとえば次つぎのような場所ばしょです。

生物せいぶつ分裂ぶんれつがさかんな部分ぶぶん
植物しょくぶつ根ねの先せん端たん (根ね冠かんむりのすぐ内側うちがわ)、 茎くきの先せん端たん
動物どうぶつ全身ぜんしん (とくに皮膚ひふ・骨髄ずい・小腸しょうちょうの内側うちがわ)

染色せんしょく体たいとは

細胞さいぼうの核かくの中なかには、 ふだんはぼんやり見みえるだけの 染色体せんしょくたい があります。 細胞さいぼう分裂ぶんれつの時ときにはひも状じょうに太ふとくなり、 染色せんしょく (赤あか紫むらさきの色素しきそ) でよく染そまるのでこの名前なまえがつきました。

染色せんしょく体たいの中なかには、 親おやから子こに伝つたわる形質けいしつを決きめる 遺伝子いでんし がならんでいます。

用語ようご意味いみ
染色せんしょく体たい細胞さいぼうの核かくの中なかにあるひも状じょうのもの
遺伝子いでんし染色せんしょく体たいの中なかにある、 形質けいしつを決きめる情報じょうほう
DNA遺伝子いでんしの本体ほんたいとなる物質ぶっしつ (デオキシリボ核酸かくさん)

染色せんしょく体たいの数かずは生物せいぶつの種類しゅるいごとに決きまっています。

生物せいぶつ染色せんしょく体たいの数かず
ヒト46 本ほん
イヌ78 本ほん
ネコ38 本ほん
エンドウ14 本ほん
ショウジョウバエ8 本ほん
タマネギ16 本ほん

体細胞分裂たいさいぼうぶんれつの順序じゅんじょ

体細胞分裂たいさいぼうぶんれつは、 次つぎのような順序じゅんじょで進すすみます。 顕微鏡けんびきょうでタマネギの根ねを観察かんさつすると、 さまざまな段階だんかいの細胞さいぼうが同時どうじに見みえます。

段階だんかい名前なまえ起おこること
①間ま期き染色せんしょく体たいが複製ふくせいされる (核かくは丸まるく見みえるだけ)
②前期ぜんき染色せんしょく体たいがひも状じょうに見みえ始はじめる
③中期ちゅうき染色せんしょく体たいが中央ちゅうおうに並ならぶ
④後期こうき染色せんしょく体たいが両端りょうたんに引ひっ張ぱられる
⑤終期しゅうき細胞さいぼう質しつがくびれ、 2 つの核かくができる
⑥完了かんりょう2 個この新あたらしい細胞さいぼうになる

大事だいじ: 分裂ぶんれつの前まえ (間かん期き) に 染色せんしょく体たいが複製ふくせいされて 2 倍ばいになる ので、 分裂ぶんれつ後ごの細胞さいぼうももとと同おなじ数かずの染色せんしょく体たいをもちます。 ヒトの場合ばあい、 46 本ほん → 92 本ほんに複製ふくせい → 46 本ほんずつに分わかれる、 という流ながれです。

観察かんさつのポイント

タマネギの根ねの先さきを使つかった観察かんさつでは、 次つぎの操作そうさをします。

手順てじゅん目的もくてき
① 60 ℃ のうすい塩酸えんさんに数すう分ふんつける細胞さいぼうどうしをバラバラにする (解離かいり)
② 水みずでよく洗あらう塩酸えんさんを取とり除のぞく
③ 酢酸オルセインさくさんおるせいん (赤あか紫むらさき) で染そめる染色せんしょく体たいをよく見みえるようにする
④ カバーガラスで押おしつぶす (押おしつぶし法ほう)細胞さいぼうを 1 層そうにする

ポイント: 酢酸オルセインさくさんおるせいんや酢酸さくさんカーミンは 染色せんしょく体たいだけを赤あか紫むらさきに染そめる 性質せいしつがあります。 だから分裂ぶんれつ中ちゅうの染色せんしょく体たいがはっきり見みえるのです。

2. 生殖せいしょく — 子こをつくるしくみ

無性むせい生殖せいしょくと有性ゆうせい生殖せいしょく

生物せいぶつが子こを残のこすことを 生殖せいしょく といいます。 生殖せいしょくには大おおきく 2 種類しゅるいがあります。

種類しゅるい特とく徴ちょう例れい
無性生殖むせいせいしょく親おやが 1 体からだだけで子こをつくる。 子こは親おやと同おなじ遺伝子いでんしをもつ (クローンくろーん)ジャガイモのいも、 ヒドラの出芽しゅつが、 ミカヅキモの分裂ぶんれつ
有性生殖ゆうせいせいしょく雄ゆう (おす) と雌めす (めす) の 生殖細胞せいしょくさいぼう が合あわさる。 子こは親おやと異ことなる遺伝子いでんしをもつ多おおくの動物どうぶつ・植物しょくぶつ

無性むせい生殖せいしょくの種類しゅるい

方法ほうほう例れい
分裂ぶんれつアメーバ・ゾウリムシ・ミカヅキモ
出芽しゅつが (からだの一部いちぶがふくらんで切きり離はなれる)ヒドラ・酵母こうぼ
栄養えいよう生殖せいしょく (体たいの一部いちぶから新あたらしい個体こたい)ジャガイモのいも、 サツマイモ、 オランダイチゴのほふく茎くき
胞子ほうしコケ・シダ・キノコ

有性ゆうせい生殖せいしょくのしくみ (動物どうぶつの場合ばあい)

動物どうぶつの有性ゆうせい生殖せいしょくは、 次つぎの流ながれで進すすみます。

段階だんかい起おこること
①雄ゆうの精巣せいそうで 精子せいし、 雌めすの卵巣らんそうで 卵たまご (らん) がつくられる
②精子せいしと卵たまごが出会であって合あわさる (受精じゅせい)
③できた 受精卵じゅせいらん が体細胞分裂たいさいぼうぶんれつをくり返かえす (発生はっせい)
④やがて親おやと同おなじ形かたちの子こになる

有性ゆうせい生殖せいしょくのしくみ (植物しょくぶつの場合ばあい)

被子植物ひししょくぶつの場合ばあいは、 次つぎの流ながれです。

段階だんかい起おこること
①おしべのやくで 花粉かふん、 めしべの子房しぼうの中なかの胚珠はいしゅで 卵細胞らんさいぼう がつくられる
②花粉かふんがめしべの柱頭ちゅうとうにつく (受粉じゅふん)
③花粉かふんから 花粉管かふんかん がのびて、 胚珠はいしゅまで届とどく
④花粉かふん管かんの中なかを通とおって 精細胞せいさいぼう が卵細胞らんさいぼうと合あわさる (受精じゅせい)
⑤受精卵じゅせいらんが細胞さいぼう分裂ぶんれつをくり返かえして胚はいになり、 種子しゅしができる

大事だいじ: 動物どうぶつの 「精子せいし・卵たまご」 と植物しょくぶつの 「精せい細胞さいぼう・卵細胞らんさいぼう」 は名前なまえがちがうだけで、 役やくわりは同おなじです。 どちらも 生殖細胞せいしょくさいぼう と呼よばれます。

3. 減数げんすう分裂ぶんれつ — 染色せんしょく体たいの数かずを半分はんぶんにするしくみ

なぜ半分はんぶんにする必要ひつようがあるのか

ヒトの染色せんしょく体たいは 46 本ほんです。 もし、 精子せいしと卵たまごがそれぞれ 46 本ほんをもっていたら、 受精卵じゅせいらんは 92 本ほんになってしまいます。 さらに、 次つぎの世代せだいでは 184 本ほん… とどんどん倍ばいになります。

これを防ふせぐため、 生殖せいしょく細胞さいぼうがつくられるときは 染色せんしょく体たいの数かずを半分はんぶんにする特別とくべつな分裂ぶんれつ が起おこります。 これを 減数分裂げんすうぶんれつ といいます。

染色せんしょく体たいの数かずヒトの場合ばあい
ふつうの体からだ細胞さいぼう46 本ほん
精子せいし23 本ほん
卵たまご23 本ほん
受精卵じゅせいらん (23+23)46 本ほん

体細胞分裂たいさいぼうぶんれつと減数げんすう分裂ぶんれつのちがい

項目こうもく体細胞分裂たいさいぼうぶんれつ減数げんすう分裂ぶんれつ
起おこる場所ばしょ体からだのあらゆる部分ぶぶん生殖せいしょく細胞さいぼうがつくられるときだけ
分裂ぶんれつの回数かいすう1 回かい2 回かい連続れんぞく
できる細胞さいぼうの数かず2 個こ4 個こ
染色せんしょく体たいの数かずもとと同おなじ (46 → 46)半分はんぶん (46 → 23)
細胞さいぼうの性質せいしつもとと同おなじ親おやと異ことなる組み合わせくみあわせ

ポイント: 減数分裂げんすうぶんれつで染色せんしょく体たいの数かずが半分はんぶんになるから、 受精じゅせいで元もとにもどるのです。 この 「半分はんぶん → 合あわせて元もとへ」 が有性ゆうせい生殖せいしょくのカギです。

4. 遺伝いでん — メンデルが見みつけた法則ほうそく

メンデルの肖像写真 (1862年)
グレゴール・メンデル (1822-1884) — エンドウマメの交こう配はい実じっ験けんから 遺伝の法則いでんのほうそく を発はっ見けんしたオーストリアの修しゅう道どう士し・科か学がく者しゃ。 「遺伝学いでんがくの父ちち」 と呼よばれる。

メンデルのエンドウの実験じっけん

19 世紀せいきにメンデルめんでる (オーストリアの修しゅう道どう士し) は、 エンドウを使つかって遺伝いでんを系けい統とう的てきに研究けんきゅうしました。 メンデルが注目ちゅうもくしたのは、 「親おやの形質けいしつが子こにどう伝つたわるか」 でした。

メンデルが観察かんさつしたエンドウの形質けいしつ (例れい):

形質けいしつ対立たいりつする形かたち
種子しゅしの形かたち丸まる / しわ
種子しゅしの色いろ黄き / 緑みどり
花はなの色いろ紫むらさき / 白しろ
さやの形かたちふくらむ / くびれる
草丈くさたけ高たかい / 低ひくい

純系じゅんけいと交配こうはい

メンデルはまず、 「自家じか受粉じゅふんを何なに世代せだいもくり返かえしても同おなじ形質けいしつしか出でない」 系統けいとう (=純系じゅんけい) を用意よういしました。 そして、 たとえば 「丸まるの純系じゅんけい」 と 「しわの純系じゅんけい」 をかけ合あわせます。

結果けっか (子この代だい = F1)

親おや (親おや世代せだい)子こ (F1)
丸まる (純系じゅんけい) × しわ (純系じゅんけい)すべて丸まる

しわは消きえてしまったように見みえます。 この、 子こに現あらわれた形質けいしつを 顕性形質けんせいけいしつ (旧きゅう: 優性ゆうせい形質けいしつ)、 隠かくれた形質けいしつを 潜性形質せんせいけいしつ (旧きゅう: 劣性れっせい形質けいしつ) といいます。

結果けっか (孫まごの代だい = F2)

F1 どうしを自家じか受粉じゅふんさせると、 次つぎの世代せだい (F2) ではしわが復活ふっかつします。

F1 同士どうしをかけ合あわせF2
丸まる (F1) × 丸まる (F1)丸まる : しわ ≒ 3 : 1

分離ぶんりの法則ほうそく

なぜ 3 : 1 になるのか。 メンデルはこう説明せつめいしました。

「形質けいしつを決きめる要素ようそ (= 遺伝子いでんし) は 対たい (ペア) で存在そんざいし、 生殖せいしょく細胞さいぼうができるときに 1 つずつに分わかれて 入はいる」

これを 分離の法則ぶんりのほうそく といいます。 図ずで整理せいりしましょう。

遺伝子いでんしを A (丸まる)、 a (しわ) と表あらわす

親おや遺伝子いでんし型がた生殖せいしょく細胞さいぼう
丸まる (純系じゅんけい)AAA だけ
しわ (純系じゅんけい)aaa だけ
F1遺伝子いでんし型がた表現ひょうげん型がた
受精卵じゅせいらんAa丸まる (A が顕性けんせい)

F1 同士どうしの子こ (F2) の組み合わせくみあわせ

F1 (Aa) のつくる生殖せいしょく細胞さいぼうは A : a = 1 : 1。 これを表ひょうでかけ合あわせます。

A (1/2)a (1/2)
A (1/2)AAAa
a (1/2)Aaaa
遺伝子いでんし型がた数かずの比ひ表現ひょうげん型がた
AA1丸まる
Aa2丸まる
aa1しわ

→ 丸まる : しわ = (1+2) : 1 = 3 : 1

大事だいじ: 分離の法則ぶんりのほうそくがあってこそ、 「親おやとはちがう形質けいしつをもつ孫まごが生うまれる」 という現象げんしょうが説明せつめいできます。 これがメンデルの大発見だいはっけんでした。

顕性けんせいと潜せん性せいの整理せいり

用語ようご (現在げんざい)旧称きゅうしょう意味いみ
顕性形質けんせいけいしつ優性ゆうせい形質けいしつF1 で現あらわれる形質けいしつ
潜性形質せんせいけいしつ劣性れっせい形質けいしつF1 で隠かくれる形質けいしつ

ポイント: 「優性ゆうせい・劣性れっせい」 は 「優すぐれている・劣おとっている」 と誤解ごかいされやすいので、 2017 年ねん以降いこうの教科書きょうかしょは 「顕性けんせい・潜せん性せい」 と表記ひょうきします。 形質けいしつの良よし悪わるしではなく、 「現あらわれやすいか・隠かくれやすいか」 だけのちがいです。

5. 遺伝子いでんしと DNA

塩基対を含むDNAの二重らせん構造図
DNAの二に重じゅうらせん構こう造ぞう — 4 種しゅ類るいの塩基えんき (A・T・G・C) が内側うちがわで対たいをつくり、 ねじれたはしごのように並ならぶ。 遺伝子いでんしの本ほん体たいであり、 親おやから子こへ形けい質しつを伝つたえる設せっ計けい図ず。

DNA とは

遺伝子いでんしの本体ほんたいは、 DNA (デオキシリボ核酸かくさん) という物質ぶっしつです。 1953 年ねんにワトソンとクリックが、 DNA は 2 本ほんの鎖くさりがらせん状じょうに巻まき付ついた 二重らせん構造にじゅうらせんこうぞう をしていることを発見はっけんしました。

DNA には 4 種類しゅるいの 「文字もじ」 (塩基えんき) がならんでおり、 その並ならび方かたが遺伝いでん情報じょうほうを表あらわします。

塩基えんき記号きごう対たいとなる塩基えんき
アデニンAT (チミン)
チミンTA
グアニンGC (シトシン)
シトシンCG

A は必かならず T と、 G は必かならず C とペアになります。 この規則きそくがあるから、 DNA は正確せいかくに複製ふくせいできるのです。

染色せんしょく体たい・遺伝子いでんし・DNA の関係かんけい

大おおきさの順じゅん説明せつめい
1. 染色せんしょく体たい細胞さいぼうの核かくの中なかにあるひも状じょうのもの
2. DNA染色せんしょく体たいをつくっている長ながい鎖くさり状じょうの物質ぶっしつ
3. 遺伝子いでんしDNA 上うえの、 ある形質けいしつを決きめる部分ぶぶん

大事だいじ: 「染色せんしょく体たい ⊃ DNA ⊃ 遺伝子いでんし」 という包含ほうがん関係かんけいを押おさえましょう。 DNA は物質ぶっしつの名前なまえ、 遺伝子いでんしはその中なかの 「意味いみをもつ部分ぶぶん」 です。

現代げんだいの遺伝子いでんし技術ぎじゅつ

DNA の解析かいせきが進すすみ、 私わたしたちの生活せいかつにも関かかわる技術ぎじゅつが生うまれています。

技術ぎじゅつ内容ないよう
ヒトゲノム計画ひとげのむけいかくヒトの全ぜん DNA 配列はいれつを解読かいどく (2003 年ねん完了かんりょう、 約やく 30 億おく塩基えんき対たい)
遺伝子いでんし診断しんだんDNA を調しらべて病気びょうきのリスクを知しる
遺伝子いでんし組くみ換かえ別べつの生物せいぶつの遺伝子いでんしを入いれて新あたらしい性質せいしつをもたせる
ゲノム編集へんしゅう特定とくていの遺伝子いでんしをねらって書かきかえる
iPS 細胞さいぼう体からだ細胞さいぼうを初期しょき化かして、 さまざまな細胞さいぼうに分化ぶんかさせる

考えかんがえてみよう: 遺伝子いでんしを書かきかえる技術ぎじゅつは 「病気びょうきを治なおす」 一方いっぽうで、 「親おやが子この性質せいしつを選えらぶ」 方向ほうこうにも使つかえてしまいます。 どこまでが許ゆるされるか、 みんなで考かんがえる時代じだいが来きています。

6. 安全あんぜんに学まなぶために

細胞さいぼう観察かんさつのマナー

場面ばめん注意ちゅうい
塩酸えんさんを使つかう解離かいり必かならずうすい塩酸えんさん、 保護ほごめがね、 換気かんき、 先生せんせいと一緒いっしょに
染色せんしょく液えき (酢酸さくさんオルセイン)服ふくにつけると落おちない、 手てにつけない
顕微鏡けんびきょうの操作そうさ直射ちょくしゃ日光にっこうを反射はんしゃさせない (目めを痛いためる)
プレパラート使つかい終おわったら流ながしで洗あらう、 ガラスでけがをしない

遺伝子いでんしの倫理りんり

遺伝子いでんしの知識ちしきは、 病気びょうきを治なおす力ちからになる一方いっぽうで、 人ひとを区別くべつしたり差別さべつしたりする道具どうぐにもなってしまう危き険けんがあります。 学まなぶときには次つぎのことを大切たいせつにしましょう。

  • 「遺伝子いでんしがちがう = 人ひととしての価値かちがちがう」 ではない
  • 親戚しんせきの病気びょうきや体質たいしつの話はなしは、 個人こじん情報じょうほうとして大切たいせつに扱あつかう
  • 検査けんさの結果けっかを友ともだちや家族かぞくに勝手かってに話はなさない

大事だいじ: 科学かがく技術ぎじゅつは 「使つかう人ひとがどう使つかうか」 で良よくも悪わるくもなります。 高校こうこうでも、 大人おとなになっても、 「自分じぶんごと」 として考かんがえる力ちからをもちましょう。

7. ふりかえり

  • [ ]体細胞分裂たいさいぼうぶんれつの順序じゅんじょ (間かん期き → 前期ぜんき → 中期ちゅうき → 後期こうき → 終期しゅうき) を言いえる
  • [ ]染色せんしょく体たい・遺伝子いでんし・DNA の関係かんけいを説明せつめいできる
  • [ ]無性むせい生殖せいしょくと有性ゆうせい生殖せいしょくのちがいを言いえる
  • [ ]減数げんすう分裂ぶんれつで染色せんしょく体たいが半分はんぶんになる理由りゆうを説明せつめいできる
  • [ ]メンデルの分離ぶんりの法則ほうそくを、 AA・Aa・aa を使つかって説明せつめいできる
  • [ ]顕性形質けんせいけいしつ・潜せん性せい形質けいしつの意味いみが言いえる
  • DNA の二に重じゅうらせん構造こうぞうを知しっている
  • [ ]遺伝子いでんし技術ぎじゅつの例れいを 2 つ以上いじょうあげられる

次じの章しょうへ: ここまでは地球ちきゅう上じょうの生命せいめいの連続れんぞく性せいを学まなびました。 次つぎは視点してんを大おおきく広ひろげて、 地球ちきゅうを取とり巻まく 宇宙うちゅう のしくみを学まなびます。

この教材きょうざいは役やくに立たちましたか?