進化しんか と 系統けいとう — ダーウィン から 分子ぶんし系統けいとう学がく へ

この 章しょう で 学まなぶ こと

「な ぜ こ ん な に 多た様よう な 生物せいぶつ が い る の か」 「な ぜ 全ぜん て の 生物せいぶつ は 似に た 仕組く み を 持じ つ の か」 — こ の 2 つ の 大だい き な 問もん い に 答こたえ え る の が 進化しんか の 概念がいねん で す。 第だい 9 章しょう で は ダーウィン か ら 現代げんだい の 分子ぶんし系統けいとう学がく ま で を 学がく び ま す。

• 進化しんか が 「世代せだい を 重おも ね て 遺伝子いでんし頻度ひんど が 変へん わ る こ と」 と 説明せつめい で き る
• 自然選択しぜんせんたく と 突然変異とつぜんへんい が 進化しんか の 2 大原おおはら動力どうりょく と 知ち る
• 種分化たねぶんか の しくみ (地理的隔離ちりてきかくり等) を 説明せつめい で き る
• 生命の起源せいめいのきげん (化学進化かがくしんか・RNAワールド) の 仮か説せつ を 知ち る
• 主おも な 生物せいぶつ系統樹けいとうじゅ と 地ち球きゅう生命史せいめいし の 流ながれ れ を 描 け る
• 進化しんか を 学がく ぶ こ と が 生物多様性せいぶつたようせい の 保ほ全ぜん に つ な が る と 知ち る

ポイント: 「進化しんか」 は 「進歩しんぽ」 と は 違 い ま す。 進化しんか は 「環境かんきょう へ の 適てき応おう の 結果けっか と し て の 変化へんか」 で あ り、 「良りょう く な る・複雑ふくざつ に な る」 こ と で は あ り ま せ ん。 単純たんじゅん な 細菌さいきん も 高度こうど に 進化しんか し て 今いま も 繁はん栄えい し て い ま す。

1. 進化しんか論ろん の 歴史れきし

進化しんか思想しそう の 流ながれ

時代じだい	人物じんぶつ	主おも な 提てい案あん
18 世せい紀き末のまつ	ラマルク (仏ふつ)	**[[用不用説
1859	ダーウィン (英えい)	**「[[種の起源
同時どうじ	ウォーレス (英えい)	ダーウィン と 独立どくりつ に 同どう じ 結論けつろん
1865	メンデル (墺おう)	[[遺伝の法則
1900	3 学者がくしゃ が 再発さいはつ見けん	メンデル 復活ふっかつ
1930 年代ねんだい	フィッシャー等	**[[進化総合説
1953	ワトソン・クリック	DNA二に重じゅう ら せ ん 構こう造ぞう解明かいめい
1968	**[[木村資生	きむらしせい]]** (日び)

ダーウィン の ガラパゴス 観察かんさつ

ダーウィン は 1831 年ねん に ビーグル号ごう で 5 年間ねんかん世界せかい一周いっしゅう し、 ガラパゴス諸島ガラパゴスしょとう で 島しま ご と に クチバシ の 形かたち が 違 う フィンチ を 発はっ見けん。 「共きょう通つう祖そ先そ か ら 環境かんきょう に 適応てきおう し て 形かたち が 変へん わ っ た」 と 推すい論ろん し、 1859 年ねん に 「種の起源たねのきげん」 を 出版しゅっぱん し ま し た。

ダーウィン 進化しんか論ろん の 4 本ほん柱はしら

1. 変異へんい — 同種どうしゅ内ない で も 個体こたい ご と に 違 い が あ る
2. 遺伝いでん — そ の 違 い が 子こ に 伝つて わ る
3. 生存競争せいぞんきょうそう — 食料しょくりょう・配はい偶ぐう相手あいて等とう を め ぐ り 競争きょうそう
4. 自然選択しぜんせんたく — 環境かんきょう に 有利ゆうり な 個体こたい が より 多おお く 子こ を 残ざん す

大事だいじ: こ の 4 つ の 仕組く み が 何なん万まん・何なん億おく世代せだい 繰く り 返かえ さ れ る こ と で、 集団しゅうだん全体ぜんたい の 性質せいしつ が 変へん わ り、 や が て 新しん し い 種たね が 生なま ま れ ま す。 ダーウィン は DNA も 遺伝子いでんし も 知ち ら な か っ た が、 観かん察さつ と 推すい論ろん だ け で こ の しくみ を 言げん い 当とう て た の が す ご い 所ところ で す。

2. 進化しんか の しくみ — 突然変異とつぜんへんい と 選択せんたく

現代げんだい の 進化しんか学がく で は、 遺い伝でん子 (DNA 配列はいれつ) の 変化へんか が 進化しんか の 出発しゅっぱつ点てん と 考こう え ま す。

突然変異とつぜんへんい — 進化しんか の 材料ざいりょう

突然変異とつぜんへんい は DNA 配列はいれつ が 偶然ぐうぜん変化へんか す る こ と で、 主おも な 原因げんいん:

原因げんいん	内容ないよう
[[複製	ふくせい]] エラー
[[紫外線	しがいせん]]
[[放射線	ほうしゃせん]]
化学かがく物質ぶっしつ	発はつ が ん 性せい物質ぶっしつ等とう
トランスポゾン	動どう く [[遺伝子

突然変異とつぜんへんい の 影響えいきょう

• 有害ゆうがい — 大だい多数たすう (機能きのう が 壊 れ る)
• 中立ちゅうりつ — 機能きのう に 影響えいきょう し ない (大だい部分ぶぶん の DNA 領域りょういき)
• 有利ゆうり — ご く 稀まれ (新しん し い 機能きのう を 与あずか え る)

大事だいじ: 木村資生きむらしせい の 中立進化説ちゅうりつしんかせつ に よ れ ば、 多おお く の DNA 変化へんか は 中立ちゅうりつ (有利ゆうり で も 不利ふり で も ない) で あ り、 集団しゅうだん中ちゅう に 偶然ぐうぜん で 広ひろ が る (遺伝的浮動いでんてきふどう)。 自然しぜん選択せんたく だ け で 進化しんか を 説明せつめい し よ う と し た 古いにしえ い 考こう え を 大だい き く 変へん え ま し た。

自然しぜん選択せんたく の 例れい

• 工業暗化こうぎょうくらか — イギリス の オオシモフリエダシャク が 産業さんぎょう革命かくめい後ご に 黒くろ化か (黒くろ い 個体こたい が 煤すす け た 木き で 鳥とり に 見み つ か り に く い)
• 抗生物質耐性こうせいぶっしつたいせい — 細菌さいきん が 抗生こうせい物質ぶっしつ を 浴よく び る と、 偶然ぐうぜん耐性たいせい を 持じ つ 個体こたい だ け が 残ざん り 増まし え る → 多剤耐性菌おおざいたいせいきん (MRSA 等とう) 問もん題だい
• 擬態ぎたい — チョウ が 鳥とり に 食しょく べ ら れ ない よ う 葉は や 毒どく蝶ちょう に 似に る
• 共進化きょうしんか — 花はな と 訪花はな昆こん虫ちゅう が 互 い の 形かたち を 進化しんか さ せ 合ごう う

性せい選択せんたく

クジャク の オス の 派は手で な 羽はね や、 シカ の 大だい き な 角かく は 「生なま き 残ざん り」 に は 不利ふり な は ず で す。 ダーウィン は こ れ を 性選択せいせんたく で 説明せつめい し ま し た。

• 同性どうせい内ない競きょう争そう — オス 同士どうし で メス を 巡じゅん り 戦せん う (角かく が 大だい き い 方かた が 勝かち つ)
• 異性いせい選択せんたく — メス が 派手はで な オス を 選せん ぶ

3. 種たね分化ぶんか — 新あたらしい 種たね が 生うまれる しくみ

1 つ の 種たね が 2 つ 以上いじょう の 種たね に 分ぶん か れ る こ と を 種分化たねぶんか と 言げん い ま す。 主おも な 形かたち:

異こと所しょ的てき種しゅ分化ぶんか (地理ちり的てき隔離かくり)

最さい も 典型てんけい的てき な パターン:

1. 元々もともと 1 つ の 集団しゅうだん が 山さん や 海うみ で 分断ぶんだん さ れ る (地理的隔離ちりてきかくり)
2. 別々べつべつ の 環境かんきょう で 別べつ々々 の 進化しんか を 経験けいけん
3. 長ちょう い 時間じかん後ご、 再会さいかい し て も 交配こうはい で き ない (生殖せいしょく隔離かくり) → 別種べっしゅ と み な す

例れい: ガラパゴス 諸島しょとう の フィンチ、 北きた ア メ リ カ と ユーラシア の ヘラジカ

同所どうしょ的てき種しゅ分化ぶんか

地理ちり的てき隔離かくり な し で も 起おこし こ り 得とく る:

• 倍ばい数すう体たい — 染色せんしょく体たい が 倍ばい化か し て 突然とつぜん親おや と 交配こうはい で き な く な る (植物しょくぶつ で よ く 見み ら れ る、 例れい: コムギ は 6 倍ばい体たい)
• 生態せいたい的てき分化ぶんか — 同どう じ 場所ばしょ に い な が ら 食物しょくもつ・行動こうどう時期じき が 違 い 交配こうはい し な く な る

適応てきおう放散ほうさん

1 つ の 祖先そ種 か ら 短期間たんきかん に 多おお く の 種たね が 派生はせい し、 そ れ ぞ れ 異こと な る 環境かんきょう に 適てき応おう す る 現象げんしょう を 適応放散てきおうほうさん と 言げん い ま す。 例れい: 中生代ちゅうせいだい末まつ の 恐竜きょうりゅう絶ぜつ滅めつ後ご、 哺乳類ほにゅうるい が 急速きゅうそく に 多様たよう化か し た こ と。

4. 生命せいめい の 起源きげん と 化学かがく進化しんか

生命せいめい が ど の よ う に 始はじめ ま っ た か は 生命の起源せいめいのきげん の 大だい問もん題だい で、 完全かんぜん に は 解明かいめい さ れ て い ま せ ん が、 主流しゅりゅう の 仮説かせつ は:

化学かがく進化しんか説せつ

無機物むきぶつ → 有機物ゆうきぶつ → 生体せいたい高分子こうぶんし → 細さい胞ぼう と 段階だんかい的てき に 化学かがく進化しんか し た と い う 説せつ。

ミラー の 実験じっけん

1953 年ねん、 ア メリ カ の 院生いんせいミラー が 原始げんし大気たいき (NH₃ + H₂O + H₂ + CH₄) を 模も擬ぎ し て 放電ほうでん を 続ぞく け、 数すう日にち で アミノ酸あみのさん 等ひとし の 有機物ゆうきぶつ が 生成せいせい す る こ と を 示 し ま し た。 こ の 実験じっけん が 「無機物むきぶつ か ら 生体せいたい物質ぶっしつ が 自然しぜん に で き る」 こ と の 証しょう拠こ と さ れ ま し た。

RNA ワールド 仮説かせつ

「最初さいしょ の 生命せいめい は RNA だ け で 動どう い て い た」 と い う 説せつ:

• RNA は 遺伝いでん情報じょうほう を 持じ て る (DNA 同様どうよう)
• RNA は 酵素こうそ と し て 触媒しょくばい作用さよう を 持じ つ も の が あ る (リボザイム)
• 1 種類しゅるい の 分子ぶんし で 「情報じょうほう + 触媒しょくばい」 の 両方りょうほう を こ な せ る

大事だいじ: 「RNAワールド」 説せつ の 強つよ い 証拠しょうこ — タンパク 質しつ を 作さく る 工場こうじょう で あ る リボソーム の 触媒しょくばい中ちゅう心しん が rRNA (RNA) で あ る。 生命せいめい の 最古さいこ の 仕組しくみ み が 今いま も 残ざん っ て い る わ け で す。

深海しんかい熱ねつ水すい噴出ふんしゅつ孔あな仮説かせつ

近年きんねん有力ゆうりょく視し さ れ る 場所ばしょ は 深海熱水噴出孔しんかいねつすいふんしゅつあな (ブラックスモーカー):

• 高温こうおん (300 ℃ 超ちょう) と 低温ていおん の 混 ざ り 合ごう い
• ミネラル 豊富ほうふ
• 硫化水素りゅうかすいそ エネルギー で 化学合成細菌かがくごうせいさいきん が 繁はん栄えい
• 太陽光たいようこう不要ふよう (今いま も 独自どくじ生態せいたい系けい が あ る)

5. 系統けいとう と 系統けいとう樹じゅ

生物せいぶつ の 進化しんか上じょう の つ な が り を 表ひょう し た 図ず を 系統樹けいとうじゅ と 言げん い ま す。 葉は の 先さき が 現存げんそん種しゅ、 分岐ぶんき点てん が 共通きょうつう祖先そせん で す。

系統けいとう樹じゅ を 描えがく 根拠こんきょ

根拠こんきょ	内容ないよう
**[[相同器官	そうどうきかん]]**
**[[相似器官	そうじきかん]]**
**[[痕跡器官	こんせききかん]]**
**[[化石	かせき]]**
**[[発生	はっせい]] の 共きょう通つう性せい**
**[[分子系統解析	ぶんしけいとうかいせき]]**

分子ぶんし系統けいとう学がく の 革命かくめい

1990 年代ねんだい以い降こう、 DNA 解析かいせき で ドメイン (細菌さいきん・古細菌こさいきん・真核生物まかくせいぶつ) の 3 分ぶん類るい が 提てい案あん さ れ、 古こ細菌さいきん が 細菌さいきん で は な く 真ま核かく生物せいぶつ に 近きん い こ と が 判明はんめい し ま し た。

地球ちきゅう生命せいめい史し の 主要しゅよう イベント

時期じき	出来事できごと
約やく 46 億おく年ねん前まえ	地ち球きゅう誕たん生じょう
約やく 38 億おく年ねん前まえ	最古さいこ の [[生命
約やく 27 億おく年ねん前まえ	シアノバクテリア が [[酸素
約やく 22 億おく年ねん前まえ	**[[大酸化イベント
約やく 21 億おく年ねん前まえ	**[[真核生物
約やく 5.4 億おく年ねん前まえ	**[[カンブリア爆発
約やく 4.2 億おく年ねん前まえ	植物しょくぶつ・動物どうぶつ の 陸上りくじょう進出しんしゅつ
約やく 2.5 億おく年ねん前まえ	**[[ペルム紀末
約やく 6500 万まん年ねん前まえ	[[白亜紀末
約やく 700 万まん年ねん前まえ	ヒト の 系統けいとう が チンパンジー と 分岐ぶんき
約やく 30 万まん年ねん前まえ	ホモ・サピエンス 誕生たんじょう

5 大だい絶滅ぜつめつ と 6 番ばん目め の 絶滅ぜつめつ

地球ちきゅう史上しじょう、 5 回かい の 大量絶滅たいりょうぜつめつ が あ り ま し た。 現在げんざい、 人類じんるい活動かつどう に よ る 6 番ばん目め の 大量たいりょう絶滅ぜつめつ が 進行しんこう中ちゅう と さ れ、 1 日ひ約やく 100 種たね が 絶滅ぜつめつ し て い る と 推すい定てい さ れ ま す。 過去かこ の 絶滅ぜつめつ (隕石せき・火山かざん) と 違 い、 今回こんかい は 人類じんるい の せ い。 だ か ら こ そ 我々われわれ の 行動こうどう で 止とめ め ら れ る 可能かのう性せい が あ り ま す。

6. ふりかえり

• [ ]ダーウィン の 進化しんか論ろん 4 本ほん柱はしら (変異へんい・遺伝いでん・生存せいぞん競争きょうそう・自然選択しぜんせんたく) を 言げん え る
• [ ]突然変異とつぜんへんい が 進化しんか の 材料ざいりょう で あ る と 説明せつめい で き る
• [ ]木村資生きむらしせい の 中立進化説ちゅうりつしんかせつ の 概略がいりゃく を 知ち る
• [ ]種分化たねぶんか の しくみ (地理的隔離ちりてきかくり等) を 説明せつめい で き る
• ミラー の 実験じっけん と RNAワールド仮説かせつ を 知ち る
• [ ]相同器官そうどうきかん と 相似器官そうじきかん の 違 い を 言げん え る
• [ ]主要しゅよう な 大量絶滅たいりょうぜつめつ イベント の 時期じき と 影響えいきょう を 述じゅつ べ ら れ る
• 進化しんか = 進歩しんぽ で は ない こ と を 理り解かい し て い る

この 章しょう の 安全あんぜん配慮はいりょ

• 化石かせき採集さいしゅう で は 私有地しゆうち の 無断むだん立入禁止たちいりきんし、 国立公園こくりつこうえん等 で は 採集さいしゅう禁止きんし区域くいき が あ る。 事前じぜん確認かくにん必須ひっす
• 崖がけ や 急斜面きゅうしゃめん で の 採集さいしゅう は 落石らくせき・滑落かっらく の リスク。 ヘルメット・運動うんどう靴くつ で 単独たんどく行動こうどう を 避 け る
• 進化しんか学がく の 議論ぎろん で は 「進化しんか は 偶然ぐうぜん だ か ら 価値かち が ない」 「弱肉強食じゃくにくきょうしょく は 自し然ぜん の 摂せつ理り」 等ひとし の 社会ダーウィニズムしゃかいダーウィニズム 的てき解釈かいしゃく は 誤あやま り。 自然しぜん科学かがく的てき事実じじつ か ら 直接ちょくせつ倫理りんり を 導しるべ く こ と は で き ない (是非ぜひ別べつ で 議論ぎろん す る)
• 人種じんしゅ や 優生思想ゆうせいしそう に 進化しんか論ろん を 悪用あくよう し た 歴史れきし (20 世せい紀き の 強制きょうせい不妊ふにん等とう) を 知ち り、 同どう じ 過か ち を 繰く り 返かえ さ ない
• 学校がっこう で は 進化しんか を 科学かがく と し て 学がく び、 個人こじん の 信仰しんこう (創造そうぞう論ろん等とう) と 区別くべつ し て 議論ぎろん す る

次じ の 章しょう: 第だい 10 章しょう で は、 進化しんか で 培 わ れ た 生命せいめい の 仕組しくみ み を 人間にんげん が 利用りよう す る バイオテクノロジー を 学がく び ま す。 遺い伝でん子こ組ぐみ換 え・PCR・ゲノム 編集へんしゅう・iPS 細胞さいぼう ま で を 扱 い、 そ れ ら が 投とう げ か け る 倫りん理り的てき課題かだい (ELSI) も 考こう え ま す。