進化と系統

生物の最初の単元「生物の進化」では、生命が生まれる前に、簡単な物質からアミノ酸などの有機物ができていく化学進化を学びます。では、生命の材料はどこでできたのでしょうか。地球の上だけでなく、宇宙から届いた可能性も調べられています。生物基礎で学んだ生物の共通性は、すべての生き物が共通の祖先から生まれたことを示しています。その最初の一歩を探る研究です。

手がかりになったのが、小惑星探査機「はやぶさ 2」が 2020 年 12 月に持ち帰った、小惑星リュウグウの粒子です。北海道大学などの研究グループは 2023 年 3 月、この粒子からウラシルを見つけたと発表しました。ウラシルは、すべての地球の生き物の RNA に含まれる塩基です。量は、試料 1 g あたり最大 32 ナノグラム(1 ナノグラムは 10 億分の 1 g)でした。

同じ試料からは、代謝に欠かせないビタミン B3 も見つかっています。アミノ酸などのさまざまな有機物が、リュウグウの粒子に含まれることも報告されています。研究グループは、隕石などの地球の外の物質が運んだ成分が、生命の材料になったという説を強く支持する結果だとしています。

生物の「遺伝子の変化と進化の仕組み」では、2 つのしくみを学びます。DNA の塩基配列が変わる突然変異と、減数分裂で遺伝子の組み合わせが変わるしくみです。そのうえで、自然選択や偶然によって、集団の中の遺伝子の割合(遺伝子頻度)が変わることを、進化のしくみとして考えます。

よく知られた例が、イギリスのオオシモフリエダシャクというガです。白っぽい型が多かったのに、19 世紀、工業が盛んになった地域で黒い型が増えました。すすで黒ずんだ木の幹では、黒い型のほうが鳥に見つかりにくかったと考えられています。大気がきれいになった 20 世紀の後半には、黒い型は再び減っていきました。

2016 年、イギリスのリバプール大学などのチームが、黒い型の原因を突き止め、科学誌ネイチャーに発表しました。cortex という遺伝子の中に、動く DNA(トランスポゾン)が入り込む突然変異でした。この変異が起きたのは 1819 年ごろと推定され、産業革命が進んでいた時期と重なります。

遺伝子の組み合わせも、進化の材料です。ヒトの体の細胞には 23 対の染色体があり、減数分裂では、それぞれの対の一方が卵や精子に入ります。1 人の親がつくる卵や精子だけで、組み合わせは約 840 万通りになります。同じ両親から生まれたきょうだいでも、遺伝子の組み合わせが違うのはこのためです。

生物の「生物の系統と進化」では、生き物の系統(進化の道すじ)を描く方法を学びます。手がかりは、DNA の塩基配列やタンパク質のアミノ酸配列の違いです。学習指導要領は、全ての生き物を細菌・アーキア・真核生物に分ける 3 ドメインを扱うよう求めています。形の変化をたどるには、化石も大切な手がかりです。

フロリダ自然史博物館によると、最も古いウマとされるのはヒラコテリウムです。約 5,500 万〜4,500 万年前にいた、小型犬ほどの動物でした。前足に 4 本、後ろ足に 3 本の指があり、森で木の葉を食べていたと考えられています。約 3,700 万〜3,200 万年前のメソヒップスでは、前足の指が 3 本になります。

約 1,700 万〜1,100 万年前のメリキップスは、指は 3 本のままですが、脚が長くなりました。歯冠の高い歯を持つ、草を食べる最初のウマです。ただし、ウマの進化は 1 本道ではなく、多くの種が枝分かれして絶滅しました。今のウマに近いディノヒップスの化石には、指が 3 本の個体と 1 本の個体が混じっていた例もあります。

ウマの化石は北アメリカで多く見つかりますが、北アメリカのウマは約 1 万年前に絶滅しました。16 世紀にスペイン人がアメリカ大陸に持ち込んだウマは、いわばウマの故郷への里帰りだったのです。