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生物

進化しんか系統けいとう — ダーウィンから分子ぶんし系統けいとうがく

最終確認日:

このしょうまなぶこと

なぜこんなによう生物せいぶつがいるのか」 「なぜすべての生物せいぶつた仕みをつのか」 — この 2 つのおおきな問いといこたえるのが 進化しんか概念がいねんです。 だい 9 しょうではダーウィンから現代げんだい分子ぶんし系統けいとうがくまでをまなびます。

  • 進化しんか が 「世代せだいかさねて遺伝子いでんし頻度ひんどわること」 と説明せつめいできる
  • 自然選択しぜんせんたく突然変異とつぜんへんい進化しんかの 2 大原おおはら動力どうりょく
  • 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) のせつ
  • おも生物せいぶつ系統樹けいとうじゅきゅう生命史せいめいしながれをえがける
  • 進化しんかまなぶことが 生物多様性せいぶつたようせいぜん につながると

ポイント:進化しんか」 は 「進歩しんぽ」 とはちがいます。 進化しんかは 「環境かんきょうへのてきおう結果けっかとしての変化へんか」 であり、 「くなる・複雑ふくざつになる」 ことではありません。 単純たんじゅん細菌さいきん高度こうど進化しんかしていまはんえいしています。

晩年のチャールズ・ダーウィンの肖像写真
チャールズ・ダーウィン (1809-1882、 えい)。 1859 ねん種の起源しゅのきげん』 をあらわし、 自然選択しぜんせんたく による 進化しんかろんていした。 げんだいせいぶつがくしゅっぱつ点。
3ドメイン (細菌・古細菌・真核生物) の分子系統樹
生命せいめい系統樹けいとうじゅ (3 ドメインどめいんぶんるい)。 リボソームりぼそーむRNAはいれつかくからふくげんされた進化しんか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 だいグループにかれる。

1. 進化しんかろん歴史れきし

進化しんか思想しそうなが

時代じだい人物じんぶつおもていあん
18 せいのまつラマルクらまるく (ふつ)用不用説ようふようせつ使つか器官きかんはったつ使つかわない器官きかん退化たいかしてつたわる (いまではていされた)
1859ダーウィンだーうぃん (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ていあん
同時どうじウォーレス (えい)ダーウィンと独立どくりつおな結論けつろん
1865メンデルめんでる (おう)遺伝の法則いでんのほうそく (当時とうじ注目ちゅうもくされず)
19003 学者がくしゃ再発さいはつ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がく
1953ワトソン・クリックDNAじゅうらせんこうぞう解明かいめい
1968木村資生きむらもとお ()中立進化説ちゅうりつしんかせつおおくの進化しんか自然しぜん選択せんたくでなくぐうぜん

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 ねんビーグルごう 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しまごとに クチバシのかたちちがうフィンチはっけん。 「共通祖先きょうつうそせんから環境かんきょう適応てきおうしてかたちわった」 とすいろんし、 1859 ねん種の起源しゅのきげん出版しゅっぱんしました。

ダーウィン進化しんかろんの 4 ほんはしら

  1. 変異へんい同種どうしゅないでも個体こたいごとにちがいがある
  2. 遺伝いでん — そのちがいがつたわる
  3. 生存競争せいぞんきょうそう食料しょくりょうはいぐう相手あいて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有利ゆうり個体こたいがよりおおのこ

大事だいじ: この 4 つの仕みが なんまんなんおく世代せだい かえされることで、 集団しゅうだん全体ぜんたい性質せいしつわり、 やがてあたらしいたねまれます。 ダーウィンは DNA も遺伝子いでんしらなかった が、 観察かんさつすいろんだけでこのしくみをてたのがすごいところです。

2. 進化しんかのしくみ — 突然変異とつぜんへんい選択せんたく

現代げんだい進化しんかがくでは、 でん子 (DNA 配列はいれつ) の変化へんか進化しんか出発しゅっぱつてん考えかんがえます。

突然変異とつぜんへんい進化しんか材料ざいりょう

突然変異とつぜんへんい は DNA 配列はいれつ偶然ぐうぜん変化へんかすることで、 おも原因げんいん:

原因げんいん内容ないよう
複製ふくせいエラーDNA ふくせいさいのミス
紫外線しがいせんT-T りょうたい形成けいせいとう
放射線ほうしゃせん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はつがんせい物質ぶっしつとう
トランスポゾンうご遺伝子いでんし挿入そうにゅう

突然変異とつぜんへんい影響えいきょう

  • 有害ゆうがいだい多数たすう (機能きのうこわれる)
  • 中立ちゅうりつ機能きのう影響えいきょうしない (だい部分ぶぶんの DNA 領域りょういき)
  • 有利ゆうり — ごくまれ (あたらしい機能きのうあたえる)

大事だいじ: 木村資生きむらもとお中立進化説ちゅうりつしんかせつ によれば、 おおくの DNA 変化へんか中立ちゅうりつ (有利ゆうりでも不利ふりでもない) であり、 集団しゅうだんちゅう偶然ぐうぜんひろがる (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説明せつめいしようとしたふる考えかんがえおおきくえました。

自然しぜん選択せんたくれい

  • 工業暗化こうぎょうあんか — イギリスの オオシモフリエダシャク産業革命さんぎょうかくめいくろ (くろ個体こたいすすけたとりつかりにくい)
  • 抗生物質耐性こうせいぶっしつたいせい細菌さいきん抗生こうせい物質ぶっしつびると、 偶然ぐうぜん耐性たいせい個体こたいだけがのこえる → 多剤耐性菌たざいたいせいきん (MRSA とう) もんだい
  • 擬態ぎたい — チョウがとりべられないようどくちょう
  • 共進化きょうしんかはなと訪はなこんちゅうたがいのかたち進化しんかさせ

せい選択せんたく

クジャクのオスのはねや、 シカのおおきなかくは 「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説明せつめいしました。

  • 同性どうせいないきょうそう — オス同士どうしでメスをめぐたたかう (かくおおきいほうつ)
  • 異性いせい選択せんたく — メスが派手はでなオスをえら

3. たね分化ぶんかあたらしいたねまれるしくみ

1 つのたね2 つ以上いじょうたねかれることを 種分化しゅぶんかいます。 おもかたち:

ことしょてきしゅ分化ぶんか (地理ちりてき隔離かくり)

もっと典型てんけいてきなパターン:

  1. 元々もともと 1 つの集団しゅうだんさんうみ分断ぶんだん される (地理的隔離ちりてきかくり)
  2. 別々べつべつ環境かんきょう別々べつべつ進化しんか経験けいけん
  3. なが時間じかん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

れい: ガラパゴス諸島しょとうのフィンチ、 きたアメリカとユーラシアのヘラジカ

同所どうしょてきしゅ分化ぶんか

地理ちりてき隔離かくりなしでもこりる:

  • ばいすうたい染色せんしょくたいばいして突然とつぜんおや交配こうはいできなくなる (植物しょくぶつでよくられる、 れい: コムギは 6 ばいたい)
  • 生態せいたいてき分化ぶんかおな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ちが交配こうはいしなくなる

適応てきおう放散ほうさん

1 つの祖種から短期間たんきかんおおくのたね派生はせいし、 それぞれことなる環境かんきょうてきおうする現象げんしょう適応放散てきおうほうさんいます。 れい: 中生代ちゅうせいだいまつ恐竜きょうりゅうぜつめつ哺乳類ほにゅうるい急速きゅうそく多様たようしたこと。

4. 生命せいめい起源きげん化学かがく進化しんか

生命せいめいがどのようにはじまったかは 生命の起源せいめいのきげんだいもんだいで、 完全かんぜんには解明かいめいされていませんが、 主流しゅりゅう仮説かせつは:

化学かがく進化しんかせつ

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さいぼう段階だんかいてき化学かがく進化しんかしたというせつ

ミラーの実験じっけん

1953 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) をして放電ほうでんつづけ、 すうにちアミノ酸あみのさん とう有機物ゆうきぶつ生成せいせいすることをしめしました。 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自然しぜんにできる」 ことのしょうとされました。

RNA ワールド仮説かせつ

最初さいしょ生命せいめいRNA だけでうごいていた」 というせつ:

  • RNA遺伝いでん情報じょうほうてる (DNA 同様どうよう)
  • RNA酵素こうそとして触媒しょくばい作用さようつものがある (リボザイム)
  • 1 種類しゅるい分子ぶんしで 「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せつつよ証拠しょうこタンパク質たんぱくしつつく工場こうじょうである リボソームりぼそーむ触媒しょくばい中心ちゅうしんrRNA (RNA) である。 生命せいめい最古さいこ仕組しくみがいまのこっているわけです。

深海しんかいねつすい噴出ふんしゅつあな仮説かせつ

近年きんねん有力ゆうりょくされる場所ばしょ深海熱水噴出孔しんかいねつすいふんしゅつこう (ブラックスモーカー):

  • 高温こうおん (300 ℃ ちょう) と低温ていおんざり
  • 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はんえい
  • 太陽光たいようこう不要ふよう (いま独自どくじ生態系せいたいけいがある)

5. 系統けいとう系統けいとうじゅ

生物せいぶつ進化しんかじょうつながりあらわした系統樹けいとうじゅいます。 さき現存げんそんしゅ分岐ぶんきてん共通祖先きょうつうそせんです。

系統けいとうじゅえが根拠こんきょ

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うで・コウモリのつばさ・クジラのヒレ — 起源きげんおな
相似器官そうじきかんとりつばさ昆虫こんちゅうつばさ機能きのうるが起源きげんちが
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ぼね
化石かせき中間ちゅうかんがたせき (始祖しそちょう等)
発生はっせいきょうつうせい脊椎動物せきついどうぶつはいている
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かく

分子ぶんし系統けいとうがく革命かくめい

1990 年代ねんだいこう、 DNA 解析かいせきドメインどめいん (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 ぶんるいていあんされ、 細菌さいきん細菌さいきんではなくかく生物せいぶつ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主要しゅようイベント

時期じき出来事できごと
やく 46 おくねんまえきゅうたんじょう
やく 38 おくねんまえ最古さいこ生命せいめい (さいきんさま)
やく 27 おくねんまえシアノバクテリアしあのばくてりあ酸素さんそ発生はっせい開始かいし
やく 24 おくねん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ぞう
やく 21 おくねんまえ真核生物しんかくせいぶつ たんじょう (ミトコンドリア共生きょうせい)
やく 5.4 おくねんまえカンブリア爆発かんぶりあばくはつ多様たよう動物どうぶつ一気いっき出現しゅつげん
やく 4.2 おくねんまえ植物しょくぶつ動物どうぶつ陸上りくじょう進出しんしゅつ
やく 2.5 おくねんまえペルム紀末ペルムきまつ大量絶滅たいりょうぜつめつ (しゅの 95 % 絶滅ぜつめつ)
やく 6500 まんねん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)
やく 700 まんねんまえヒトの系統けいとうがチンパンジーと分岐ぶんき
やく 30 まんねんまえホモ・サピエンス 誕生たんじょう

5 だい絶滅ぜつめつと 6 ばん絶滅ぜつめつ

地球ちきゅう史上しじょう、 5 かい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 ばん大量たいりょう絶滅ぜつめつ進行しんこうちゅうとされ、 1 やく 100 たね絶滅ぜつめつしているとすいていされます。 過去かこ絶滅ぜつめつ (隕せき火山かざん) とちがい、 今回こんかい人類じんるいのせい。 だからこそ我々われわれ行動こうどうめられる可能かのうせいがあります。

6. ふりかえり

  • [ ]ダーウィンだーうぃん進化しんかろん 4 ほんはしら (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) をえる
  • [ ]突然変異とつぜんへんい進化しんか材料ざいりょう であると説明せつめいできる
  • [ ]木村資生きむらもとお中立進化説ちゅうりつしんかせつ概略がいりゃく
  • [ ]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RNAワールドあーるえぬえーわーるど仮説かせつ
  • [ ]相同器官そうどうきかん相似器官そうじきかんちがいをえる
  • [ ]主要しゅよう大量絶滅たいりょうぜつめつイベントの時期じき影響えいきょうべられる
  • 進化しんか = 進歩しんぽではない ことをかいしている

このしょう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
  • がけ急斜面きゅうしゃめんでの採集さいしゅう落石らくせき滑落かっらくのリスク。 ヘルメット・運動うんどうくつ単独たんどく行動こうどうける
  • 進化しんかがく議論ぎろんでは 進化しんか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ぜんせつ とう社会ダーウィニズムしゃかいダーウィニズム てき解釈かいしゃくあやまり。 自然しぜん科学かがくてき事実じじつから直接ちょくせつ倫理りんりみちびくことはできない (是非ぜひべつ議論ぎろんする)
  • 人種じんしゅ優生思想ゆうせいしそう進化しんかろん悪用あくようした歴史れきし (20 せい強制きょうせい不妊ふにんとう) をり、 おなあやまちをかえさない
  • 学校がっこうでは進化しんか科学かがくとしてまなび、 個人こじん信仰しんこう (創造そうぞうろんとう) と区別くべつして議論ぎろんする

しょう: だい 10 しょうでは、 進化しんかつちかわれた生命せいめい仕組しくみを人間にんげん利用りようする バイオテクノロジーばいおてくのろじーまなびます。 遺伝子いでんしぐみえ・PCR・ゲノム編集へんしゅう・iPS 細胞さいぼうまでをあつかい、 それらがげかける りんてき課題かだい (ELSI) も考えかんがえます。

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