第12章メンデルの実験と遺伝
Probability Basics確率の基礎
Probabilities are mathematical measures of likelihood. The empirical probability of an event is calculated by dividing the number of times the event occurs by the total number of opportunities for the event to occur. It is also possible to calculate theoretical probabilities by dividing the number of times that an event is expected to occur by the number of times that it could occur. Empirical probabilities come from observations, like those of Mendel. Theoretical probabilities, on the other hand, come from knowing how the events are produced and assuming that the probabilities of individual outcomes are equal. A probability of one for some event indicates that it is guaranteed to occur, whereas a probability of zero indicates that it is guaranteed not to occur. An example of a genetic event is a round seed produced by a pea plant.
英語のヒント
確率は、起こりやすさを数学的に表したものである。ある事象の経験的確率は、その事象が起きた回数を、起こりえた機会の総数で割って求める。理論的確率も、その事象が起きると期待される回数を、起こりうる回数で割って計算できる。経験的確率はメンデルの観察のような実測から得られる。一方、理論的確率は、出来事が生じるしくみを知り、個々の結果の確率が等しいと仮定することから得られる。確率1は必ず起こること、確率0は決して起こらないことを示す。遺伝に関わる事象の例は、エンドウが丸い種子を作ることである。
In one experiment, Mendel demonstrated that the probability of the event “round seed” occurring was one in the F1 offspring of true-breeding parents, one of which has round seeds and one of which has wrinkled seeds. When the F1 plants were subsequently self-crossed, the probability of any given F2 offspring having round seeds was now three out of four. In other words, in a large population of F2 offspring chosen at random, 75 percent were expected to have round seeds, whereas 25 percent were expected to have wrinkled seeds. Using large numbers of crosses, Mendel was able to calculate probabilities and use these to predict the outcomes of other crosses.
英語のヒント
メンデルはある実験で、丸い種子を持つ純系としわのある種子を持つ純系を交配したとき、F1の子に「丸い種子」という事象が起こる確率は1だと示した。次にF1植物を自家交配させると、任意のF2の子が丸い種子を持つ確率は4分の3になった。言い換えると、無作為に選んだ多数のF2の子では、75%が丸い種子を、25%がしわのある種子を持つと期待される。多くの交配を行うことで、確率を計算し、それをほかの交配結果の予測に使えた。
The Product Rule and Sum Rule積の法則と和の法則
Mendel demonstrated that pea plants transmit characteristics as discrete units from parent to offspring. As will be discussed, Mendel also determined that different characteristics, like seed color and seed texture, were transmitted independently of one another and could be considered in separate probability analyses. For instance, performing a cross between a plant with green, wrinkled seeds and a plant with yellow, round seeds still produced offspring that had a 3:1 ratio of yellow:green seeds (ignoring seed texture) and a 3:1 ratio of wrinkled:round seeds (ignoring seed color). The characteristics of color and texture did not influence each other.
英語のヒント
メンデルは、エンドウの特徴が独立した単位として親から子へ伝わることを示した。後で述べるように、種子の色と表面の形など、異なる特徴は互いに独立して伝わり、確率を別々に分析できることも明らかにした。例えば、緑色でしわのある種子の植物と、黄色で丸い種子の植物を交配しても、子の種子の黄色:緑色は3:1(表面の形を無視)、しわ:丸も3:1(色を無視)となった。色と表面の形は互いに影響しなかった。
The product rule of probability can be applied to this phenomenon of the independent transmission of characteristics. The product rule states that the probability of two independent events occurring together can be calculated by multiplying the individual probabilities of each event occurring alone. To demonstrate the product rule, imagine that you are rolling a six-sided die (D) and flipping a penny (P) at the same time. The die may roll any number from 1–6 (D#), whereas the penny may turn up heads (PH) or tails (PT). The outcome of rolling the die has no effect on the outcome of flipping the penny and vice versa. There are 12 possible outcomes of this action (Table 12.2), and each event is expected to occur with equal probability.
英語のヒント
特徴が独立に伝わる現象には、確率の積の法則を適用できる。この法則は、独立な二つの事象が同時に起こる確率は、それぞれが単独で起こる確率を掛け合わせて求められるというものだ。例として、6面のサイコロ(D)を振りながら、1セント硬貨(P)を投げるとしよう。サイコロは1〜6のどれかの目(D#)、硬貨は表(PH)か裏(PT)が出る。サイコロの結果は硬貨の結果に影響せず、その逆も同様である。結果は12通りあり(表12.2)、各事象は等しい確率で起こると期待される。
Twelve Equally Likely Outcomes of Rolling a Die and Flipping a Penny サイコロと1セント硬貨を投げたときの、同じ確率で起こる12通りの結果 |
|
|---|---|
Rolling Die サイコロを振る |
Flipping Penny 1セント硬貨を投げる |
D1 |
PH |
D1 |
PT |
D2 |
PH |
D2 |
PT |
D3 |
PH |
D3 |
PT |
D4 |
PH |
D4 |
PT |
D5 |
PH |
D5 |
PT |
D6 |
PH |
D6 |
PT |
Of the 12 possible outcomes, the die has a 2/12 (or 1/6) probability of rolling a two, and the penny has a 6/12 (or 1/2) probability of coming up heads. By the product rule, the probability that you will obtain the combined outcome 2 and heads is: (D2) x (PH) = (1/6) x (1/2) or 1/12 (Table 12.3). Notice the word “and” in the description of the probability. The “and” is a signal to apply the product rule. For example, consider how the product rule is applied to the dihybrid cross: the probability of having both dominant traits (for example, yellow and round) in the F2 progeny is the product of the probabilities of having the dominant trait for each characteristic, as shown here:
英語のヒント
12通りの結果のうち、サイコロで2が出る確率は2/12(1/6)、硬貨で表が出る確率は6/12(1/2)である。積の法則より、「2かつ表」の確率は、(D2)×(PH)=(1/6)×(1/2)、つまり1/12となる(表12.3)。確率の説明にある「かつ」に注目しよう。「かつ」は積の法則を使う合図である。例えば二遺伝子雑種交配では、F2の子が両方の優性形質(例えば黄色かつ丸)を持つ確率は、各特徴で優性形質を持つ確率の積になる。次に示すとおりである。
On the other hand, the sum rule of probability is applied when considering two mutually exclusive outcomes that can come about by more than one pathway. The sum rule states that the probability of the occurrence of one event or the other event, of two mutually exclusive events, is the sum of their individual probabilities. Notice the word “or” in the description of the probability. The “or” indicates that you should apply the sum rule. In this case, let’s imagine you are flipping a penny (P) and a quarter (Q). What is the probability of one coin coming up heads and one coin coming up tails? This outcome can be achieved by two cases: the penny may be heads (PH) and the quarter may be tails (QT), or the quarter may be heads (QH) and the penny may be tails (PT). Either case fulfills the outcome. By the sum rule, we calculate the probability of obtaining one head and one tail as [(PH) × (QT)] + [(QH) × (PT)] = [(1/2) × (1/2)] + [(1/2) × (1/2)] = 1/2 (Table 12.3). You should also notice that we used the product rule to calculate the probability of PH and QT, and also the probability of PT and QH, before we summed them. Again, the sum rule can be applied to show the probability of having exactly one dominant trait in the F2 generation of a dihybrid cross:
英語のヒント
一方、確率の和の法則は、複数の経路で生じうる、互いに排反な二つの結果を考えるときに使う。和の法則によれば、互いに排反な二事象の一方または他方が起こる確率は、それぞれの確率の和である。説明の「または」に注目しよう。これは和の法則を使う合図である。今度は1セント硬貨(P)と25セント硬貨(Q)を投げるとしよう。一方が表、もう一方が裏となる確率はいくらか。この結果は、1セントが表(PH)で25セントが裏(QT)、または25セントが表(QH)で1セントが裏(PT)という二つの場合に得られる。どちらも条件を満たす。和の法則から、表が一つ、裏が一つになる確率は、[(PH)×(QT)]+[(QH)×(PT)]=[(1/2)×(1/2)]+[(1/2)×(1/2)]=1/2となる(表12.3)。足し合わせる前に、PHかつQTの確率と、PTかつQHの確率を、それぞれ積の法則で求めていることにも注意しよう。同じように、二遺伝子雑種交配のF2世代で、優性形質をちょうど一つ持つ確率も和の法則で表せる。
The Product Rule and Sum Rule 積の法則と和の法則 |
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|---|---|
Product Rule 積の法則 |
Sum Rule 和の法則 |
For independent events A and B, the probability (P) of them both occurring (A and B) is (PA × PB) 独立な事象AとBについて、両方が起こる(AかつB)確率Pは(PA×PB)である。 |
For mutually exclusive events A and B, the probability (P) that at least one occurs (A or B) is (PA + PB) 互いに排反な事象AとBについて、少なくとも一方が起こる(AまたはB)確率Pは(PA+PB)である。 |
To use probability laws in practice, we must work with large sample sizes because small sample sizes are prone to deviations caused by chance. The large quantities of pea plants that Mendel examined allowed him to calculate the probabilities of the traits appearing in his F2 generation. As you will learn, this discovery meant that when parental traits were known, the offspring’s traits could be predicted accurately even before fertilization.
英語のヒント
確率の法則を実際に使うには、多数の試料を扱わなければならない。試料数が少ないと偶然によるずれが生じやすいからである。メンデルは多数のエンドウを調べたため、F2世代に形質が現れる確率を計算できた。後で学ぶように、この発見は、親の形質が分かれば、受精前でも子の形質を正確に予測できることを意味した。