高 2: 生物で進化と分子を学ぶ

生物の授業は、進化から始まります。学習指導要領は「生物の進化」を科目の導入と位置付け、その後の単元でも進化の視点を意識させるよう求めています。最初に学ぶのは、生命の起源と細胞の進化です。

生命が生まれる前の地球では、アミノ酸などの有機物ができてたまり、生命の材料になったと考えられています。これを化学進化といいます。その後、光合成をするシアノバクテリアが現れたことが、大気中の酸素がふえる変化と関わったと考えられています。

私たちの細胞の中のミトコンドリアと、植物の葉緑体は、もとは別の生き物だったと考えられています。大昔の細胞に取り込まれ、共に生きるようになったという考えで、細胞内共生といいます。呼吸と光合成を担う部品が、もとは別の生き物だったという見方です。

進化のしくみでは、集団の中の遺伝子の割合(遺伝子頻度)が変わる理由を学びます。解説は、2 色のコインを遺伝子に見立て、無作為に選び直すことをくり返すモデル実験を例に挙げています。偶然だけでも割合が変わる遺伝的浮動と、自然選択の違いを確かめます。

中学で学んだメンデルの分離の法則は、1 つの形質に注目したものでした。生物では、同じ染色体の上にある 2 つの遺伝子がいっしょに子に伝わる連鎖を学びます。減数分裂のときに染色体の一部が入れかわって起こる組換えも学びます。性染色体にも触れます。

このしくみの研究を切り開いたのが、アメリカのモーガンです。1909 年にショウジョウバエの研究を始め、最初の論文では、目を白くする遺伝子が性染色体と結びついて伝わることを示しました。その後、遺伝子が染色体の中に一列に並んでいるという考えを打ち出し、1933 年にノーベル生理学・医学賞を受けています。

組換えの起こりやすさは、組換え価という割合で表します。潜性(劣性)の形質だけを持つ個体とかけ合わせる検定交雑を使い、生まれた子のうち、親と違う組み合わせの子の割合を求めます。組換え価が小さいほど、2 つの遺伝子は染色体の上で近いと考えます。

遺伝の計算でつまずく人は、記号を書く前に、親がどんな配偶子をどんな比でつくるかを表にすると整理できます。分数のまま計算し、最後に % に直すと、まちがいにも気付きやすくなります。

生物では、タンパク質が生命現象を支えていることを、酵素を例に学びます。酵素のはたらきは、タンパク質の立体の形と結びついています。解説は、高温でタンパク質が元に戻らない形に変わることに、実験を通して気付く活動を挙げています。

解説が例に挙げる実験の 1 つが、ホタルの光です。ホタルは、ルシフェリンという物質と、酵素のルシフェラーゼの反応で光ります。この反応には ATP が必要です。生物基礎で学んだエネルギーの受け渡し役が、光として目に見えます。

この反応は、身近な所で使われています。名古屋大学の資料によると、ATP を高感度で測れることを利用して、食品工場や医療現場の衛生検査(ATP ふき取り検査)に使われています。ふき取った所の ATP を光らせて測り、病原菌などがいないかを手早く調べます。

光る生き物の研究は、遺伝子の研究も変えました。1962 年にオワンクラゲで見つかった緑色蛍光タンパク質(GFP)は、紫外線を当てると緑に光ります。クラゲから GFP を取り出した下村脩さんは、GFP の発見と発展で、2008 年のノーベル化学賞を 3 人で共同受賞しました。