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」 「なぜ全すべての生物せいぶつは似にた仕組く みを持もつのか」 — この 2 つの大おおきな問いといに答こたえるのが 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まなびます。

• 進化しんか が 「世代せだいを重かさねて 遺伝子いでんし頻度ひんどが変かわること」 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しる
• 種分化しゅぶんか 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ワールドあーるえぬえーわーるど) の仮か説せつ を知しる
• 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 の流ながれを描えがける
• 進化しんかを学まなぶことが 生物多様性せいぶつたようせい の保ほ全ぜん につながると知しる

ポイント: 「進化しんか」 は 「進歩しんぽ」 とは違ちがいます。 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、 「良よくなる・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	ラマルクらまるく (仏ふつ)	用不用説ようふようせつ — 使つかう器官きかんは発はっ達たつ・使つかわない器官きかんは退化たいかして子こに伝つたわる (今いまでは否ひ定てい された)
1859	ダーウィンだーうぃん (英えい)	「種の起源しゅのきげん」 — 自然選択しぜんせんたく による進化しんかを提てい案あん
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おなじ結論けつろん
1865	メンデルめんでる (墺おう)	遺伝の法則いでんのほうそく (当時とうじは注目ちゅうもくされず)
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 等ひとし	進化総合説しんかそうごうせつ — ダーウィン × メンデル × 集団しゅうだん遺伝いでん学がく
1953	ワトソン・クリック	DNAでぃーえぬえー二に重じゅうらせん構こう造ぞう解明かいめい
1968	木村資生きむらもとお (日び)	中立進化説ちゅうりつしんかせつ — 多おおくの進化しんかは自然しぜん選択せんたくでなく偶ぐう然ぜん

ダーウィンのガラパゴス観察かんさつ

ダーウィンだーうぃん 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、 ガラパゴス諸島がらぱごすしょとう で島しまごとに クチバシの形かたちが違ちがうフィンチ 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かわった」 と推すい論ろん し、 1859 年ねんに 「種の起源しゅのきげん」 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ちがいがある
2. 遺伝いでん — その違ちがいが子こに伝つたわる
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のこす

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かわり、 やがて新あたらしい種たねが生うまれます。 ダーウィンは DNA も 遺伝子いでんし も知しらなかった が、 観かん察さつ と推すい論ろん だけでこのしくみを言い当いあ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えかんがえます。

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	DNA 複ふく製せい の際さいのミス
紫外線しがいせん	T-T 二に量りょう体たい形成けいせい等とう
放射線ほうしゃせん	鎖くさり切断せつだん・塩基えんき損傷そんしょう
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	動うごく 遺伝子いでんし の挿入そうにゅう

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 (機能きのうが壊こわれる)
• 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 (新あたらしい機能きのうを与あたえる)

大事だいじ: 木村資生きむらもとお 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ふるい考えかんがえを大おおきく変かえました。

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あびると、 偶然ぐうぜん耐性たいせいを持もつ個体こたいだけが残のこり増ふえる → 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た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 が互たがいの形かたちを進化しんかさせ合あう

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、 シカの大おおきな角かくは 「生いき残のこり」 には不利ふりなはずです。 ダーウィンだーうぃん 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めぐり戦たたかう (角かくが大おおきい方ほうが勝かつ)
• 異性いせい選択せんたく — メスが派手はでなオスを選えらぶ

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 に分わかれることを 種分化しゅぶんか と言いいます。 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)

最もっと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 別々べつべつの進化しんか を経験けいけん
3. 長ながい時間じかん後ご、 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り得える:

• 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 — 同おな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ちが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 と言いいます。 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つづけ、 数すう日にちで アミノ酸あみのさん 等とうの 有機物ゆうきぶつ が生成せいせいすることを示しめしました。 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あーるえぬえー だけで動うごいていた」 という説せつ:

• RNAあーるえぬえー は 遺伝いでん 情報じょうほう を持もてる (DNA 同様どうよう)
• RNAあーるえぬえー は 酵素こうそ として触媒しょくばい作用さよう を持もつものがある (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ワールドあーるえぬえーわーるど」 説せつの強つよい証拠しょうこ — タンパク質たんぱくしつを作つくる工場こうじょうである リボソームりぼそーむ 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が今いまも残のこっているわけです。

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まざり合あい
• 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 を表あらわした図ずを 系統樹けいとうじゅ と言いいます。 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	ヒトの腕うで・コウモリの翼つばさ・クジラのヒレ — 起源きげんが同おなじ
相似器官そうじきかん	鳥とりの翼つばさ・昆虫こんちゅうの翼つばさ — 機能きのうが似にるが起源きげん違ちがう
痕跡器官こんせききかん	ヒトの虫垂ちゅうすい・クジラの後肢あとあし骨ぼね
化石かせき	中間ちゅうかん形がたの化か石せき (始祖しそ鳥ちょう等)
発生はっせい の共きょう通つう性せい	脊椎動物せきついどうぶつの胚はいが似にている
分子系統解析ぶんしけいとうかいせき	DNA・タンパク質たんぱくしつ配列はいれつの比ひ較かく

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 ドメインどめいん (細菌さいきん・古細菌こさいきん・真核生物しんかくせいぶつ) 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ちか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 生命せいめい (細さい菌きん様さま)
約やく 27 億おく年ねん前まえ	シアノバクテリアしあのばくてりあ が 酸素さんそ発生はっせい開始かいし
約やく 22 億おく年ねん前まえ	大酸化イベントだいさんかいべんと — 大気たいき酸素さんそ増ぞう
約やく 21 億おく年ねん前まえ	真核生物しんかくせいぶつ 誕たん生じょう (ミトコンドリア共生きょうせい)
約やく 5.4 億おく年ねん前まえ	カンブリア爆発かんぶりあばくはつ — 多様たような動物どうぶつが一気いっきに出現しゅつげん
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	ペルム紀末ペルムおさむまつ 大量絶滅たいりょうぜつめつ (種しゅの 95 % 絶滅ぜつめつ)
約やく 6500 万まん年ねん前まえ	白亜紀末はくあきまつ 大量絶滅たいりょうぜつめつ (恐竜きょうりゅう絶滅ぜつめつ)
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) と違ちがい、 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

• [ ]ダーウィンだーうぃん 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) を言いえる
• [ ]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
• [ ]木村資生きむらもとお 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しる
• [ ]種分化しゅぶんか 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
• ミラーの実験みらーのじっけん と RNAワールドあーるえぬえーわーるど仮説かせつ を知しる
• [ ]相同器官そうどうきかん と 相似器官そうじきかん の違ちがいを言いえる
• [ ]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のべられる
• 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さける
• 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」 等とうの 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みちびくことはできない (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) を知しり、 同おなじ過あやま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 として学まなび、 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、 進化しんかで培つちかわれた生命せいめいの仕組しく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ばいおてくのろじー を学まなびます。 遺い伝でん子こ組ぐみ換かえ・PCR・ゲノム編集へんしゅう・iPS 細胞さいぼうまでを扱あつかい、 それらが投なげかける 倫りん理り的てき課題かだい (ELSIいーえるえすあい) も考えかんがえます。