プリンキピア

第19章集団の進化

19.1 Population Evolution19.1 個体群の進化

Learning Objectives学習目標

By the end of this section, you will be able to do the following:
この節を終えると、次のことができるようになる。
  • Define population genetics and describe how scientists use population genetics in studying population evolution
    集団遺伝学を定義し、個体群の進化の研究に科学者がそれをどう用いるか説明する。
  • Define the Hardy-Weinberg principle and discuss its importance
    ハーディー・ワインベルグの原理を定義し、その重要性を論じる。
People did not understand the mechanisms of inheritance, or genetics, at the time Charles Darwin and Alfred Russel Wallace were developing their idea of natural selection. This lack of knowledge was a stumbling block to understanding many aspects of evolution. The predominant (and incorrect) genetic theory of the time, blending inheritance, made it difficult to understand how natural selection might operate. Darwin and Wallace were unaware of the Austrian monk Gregor Mendel's 1866 publication "Experiments in Plant Hybridization", which came out not long after Darwin's book, On the Origin of Species. Scholars rediscovered Mendel’s work in the early twentieth century at which time geneticists were rapidly coming to an understanding of the basics of inheritance. Initially, the newly discovered particulate nature of genes made it difficult for biologists to understand how gradual evolution could occur. However, over the next few decades scientists integrated genetics and evolution in what became known as the modern synthesis—the coherent understanding of the relationship between natural selection and genetics that took shape by the 1940s. Generally, this concept is accepted today. In short, the modern synthesis describes how evolutionary processes, such as natural selection, can affect a population’s genetic makeup, and, in turn, how this can result in the gradual evolution of populations and species. The theory also connects population change over time (microevolution), with the processes that gave rise to new species and higher taxonomic groups with widely divergent characters (macroevolution).
英語のヒント
チャールズ・ダーウィンとアルフレッド・ラッセル・ウォレスが自然選択の考えを発展させていた時代、人々は遺伝の仕組み、つまり遺伝学を理解していなかった。この知識の欠如が、進化の多くの側面を理解するうえで障害となった。当時主流であった誤った遺伝理論、すなわち融合遺伝説のために、自然選択がどのように働きうるのかを理解しにくかった。ダーウィンとウォレスは、オーストリアの修道士グレゴール・メンデルが1866年に発表した「植物雑種に関する実験」を知らなかった。この論文は、ダーウィンの『種の起源』からさほど時間を置かずに出版されていた。20世紀初頭、学者たちがメンデルの研究を再発見した。そのころ、遺伝学者は遺伝の基本を急速に理解しつつあった。当初、新たに発見された遺伝子の粒子的な性質は、生物学者にとって、漸進的な進化がどう起こりうるかを理解する障害となった。しかし、その後の数十年間に、科学者は遺伝学と進化を統合した。これは現代的総合説と呼ばれるようになり、1940年代までに形作られた、自然選択と遺伝学の関係についての一貫した理解である。この考えは、今日では一般に受け入れられている。現代的総合説は要するに、自然選択などの進化過程が個体群の遺伝的構成にどう影響し、さらにそれが個体群や種の漸進的な進化をどうもたらすかを説明する。また、この理論は、時間に伴う個体群の変化(小進化)と、新しい種や、大きく異なる形質をもつ上位の分類群を生み出した過程(大進化)とを結びつける。

Population Genetics集団遺伝学

Recall that a gene for a particular character may have several alleles, or variants, that code for different traits associated with that character. For example, in the ABO blood type system in humans, three alleles determine the particular blood-type carbohydrate on the surface of red blood cells. Each individual in a population of diploid organisms can only carry two alleles for a particular gene, but more than two may be present in the individuals that comprise the population. Mendel followed alleles as they were inherited from parent to offspring. In the early twentieth century, biologists in the area of population genetics began to study how selective forces change a population through changes in allele and genotypic frequencies.
英語のヒント
ある形質に関わる遺伝子には、複数の対立遺伝子、すなわち変異型があり、それぞれがその形質に関連した異なる特徴をコードしうることを思い出そう。たとえば、ヒトのABO式血液型では、3つの対立遺伝子が赤血球の表面にある血液型特有の糖質を決める。二倍体生物の個体群では、各個体が特定の遺伝子についてもてる対立遺伝子は2つだけだが、個体群を構成する個体全体には、2種類を超える対立遺伝子が存在しうる。メンデルは、対立遺伝子が親から子へ受け継がれる様子を追跡した。20世紀初頭、集団遺伝学の分野の生物学者は、選択の力が対立遺伝子頻度や遺伝子型頻度の変化を通して個体群をどう変えるか、研究し始めた。
The allele frequency (or gene frequency) is the rate at which a specific allele appears within a population. Until now we have discussed evolution as a change in the characteristics of a population of organisms, but behind that phenotypic change is genetic change. In population genetics, scientists define the term evolution as a change in the allele's frequency in a population. Using the ABO blood type system as an example, the frequency of one of the alleles, IA, is the number of copies of that allele divided by all the copies of the ABO gene in the population. For example, a study in Jordan Sahar S. Hanania, Dhia S. Hassawi, and Nidal M. Irshaid, “Allele Frequency and Molecular Genotypes of ABO Blood Group System in a Jordanian Population,” Journal of Medical Sciences 7 (2007): 51-58, doi:10.3923/jms.2007.51.58. found a frequency of IA to be 26.1 percent. The IB and I0 alleles comprise 13.4 percent and 60.5 percent of the alleles respectively, and all of the frequencies added up to 100 percent. A change in this frequency over time would constitute evolution in the population.
英語のヒント
対立遺伝子頻度(または遺伝子頻度)とは、特定の対立遺伝子が個体群内に現れる割合である。これまでは進化を、生物の個体群の特徴が変化することとして論じてきたが、その表現型の変化の背後には遺伝的変化がある。集団遺伝学では、進化を個体群内の対立遺伝子頻度の変化と定義する。ABO式血液型を例にすると、対立遺伝子の1つであるIAの頻度は、その対立遺伝子のコピー数を、個体群内のABO遺伝子の全コピー数で割った値である。たとえば、ヨルダンで行われた研究〔Sahar S. Hanania, Dhia S. Hassawi, and Nidal M. Irshaid, “Allele Frequency and Molecular Genotypes of ABO Blood Group System in a Jordanian Population,” Journal of Medical Sciences 7(2007): 51–58, doi:10.3923/jms.2007.51.58〕では、IAの頻度は26.1%であった。IBとI0の対立遺伝子はそれぞれ全体の13.4%と60.5%を占め、すべての頻度を足すと100%になった。この頻度が時間とともに変われば、その個体群で進化が起こったことになる。
The allele frequency within a given population can change depending on environmental factors; therefore, certain alleles become more widespread than others during the natural selection process. Natural selection can alter the population’s genetic makeup. An example is if a given allele confers a phenotype that allows an individual to better survive or have more offspring. Because many of those offspring will also carry the beneficial allele, and often the corresponding phenotype, they will have more offspring of their own that also carry the allele, thus, perpetuating the cycle. Over time, the allele will spread throughout the population. Some alleles will quickly become fixed in this way, meaning that every individual of the population will carry the allele, while detrimental mutations may be swiftly eliminated if derived from a dominant allele from the gene pool. The gene pool is the sum of all the alleles in a population.
英語のヒント
ある個体群内の対立遺伝子頻度は、環境要因に応じて変わりうる。そのため、自然選択の過程では、特定の対立遺伝子が他のものより広まる。自然選択は、個体群の遺伝的構成を変えることができる。たとえば、ある対立遺伝子が、個体の生存や、より多くの子をもつことを助ける表現型を与える場合である。子の多くも有益な対立遺伝子と、しばしばそれに対応する表現型をもつため、その子たちも同じ対立遺伝子をもつ子を多く残し、この循環が続く。時間とともに、その対立遺伝子は個体群全体に広がる。一部の対立遺伝子はこのようにして急速に固定し、個体群のすべての個体がその対立遺伝子をもつようになる。一方、有害な変異は、優性対立遺伝子に由来する場合、遺伝子プールから速やかに除かれることがある。遺伝子プールとは、個体群内のすべての対立遺伝子の総体である。
Sometimes, allele frequencies within a population change randomly with no advantage to the population over existing allele frequencies. We call this phenomenon genetic drift. Natural selection and genetic drift usually occur simultaneously in populations and are not isolated events. It is hard to determine which process dominates because it is often nearly impossible to determine the cause of change in allele frequencies at each occurrence. We call an event that initiates an allele frequency change in an isolated part of the population, which is not typical of the original population, the founder effect. Natural selection, random drift, and founder effects can lead to significant changes in a population's genome.
英語のヒント
個体群内の対立遺伝子頻度が、それまでの頻度に比べて個体群に何の利点ももたらさず、偶然に変わることがある。この現象を遺伝的浮動と呼ぶ。自然選択と遺伝的浮動は通常、個体群の中で同時に起こり、独立した出来事ではない。対立遺伝子頻度が変わるたびにその原因を特定するのはほとんど不可能な場合が多いため、どちらの過程が優勢かを判断するのは難しい。個体群の隔離された一部分で、もとの個体群に典型的ではない対立遺伝子頻度の変化を引き起こす出来事を、創始者効果と呼ぶ。自然選択、無作為な浮動、創始者効果は、個体群のゲノムに大きな変化をもたらしうる。