プリンキピア

第19章集団の進化

19.3 Adaptive Evolution19.3 適応進化

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。
  • Explain the different ways natural selection can shape populations
    自然選択が個体群を形作るさまざまな仕方を説明する。
  • Describe how these different forces can lead to different outcomes in terms of the population variation
    これらの異なる力が、個体群の変異についてどのように異なる結果をもたらしうるか説明する。
Natural selection acts on the population’s heritable traits: selecting for beneficial alleles that allow for environmental adaptation, and thus increasing their frequency in the population, while selecting against deleterious alleles and thereby decreasing their frequency. Scientists call this process adaptive evolution. Natural selection acts on entire organisms, not on an individual allele within the organism. An individual may carry a very beneficial genotype with a resulting phenotype that, for example, increases the ability to reproduce (fecundity), but if that same individual also carries an allele that results in a fatal childhood disease, that fecundity phenotype will not pass to the next generation because the individual will not live to reach reproductive age. Natural selection acts at the individual's level. It selects for individuals with greater contributions to the gene pool of the next generation. Scientists call this an organism’s evolutionary (Darwinian) fitness.
英語のヒント
自然選択は、個体群の遺伝する形質に作用する。環境への適応を可能にする有益な対立遺伝子を有利にし、その頻度を個体群内で高める一方、有害な対立遺伝子を不利にして頻度を下げる。科学者はこの過程を適応進化と呼ぶ。自然選択が作用するのは生物個体全体であり、個体内の1つの対立遺伝子ではない。たとえば、非常に有益な遺伝子型をもち、その表現型によって繁殖能力(繁殖力)が高まる個体がいたとする。しかし、その個体が同時に、幼少期の致死性疾患を引き起こす対立遺伝子をもっていれば、繁殖年齢まで生きられないため、高い繁殖力という表現型は次世代へ伝わらない。自然選択は個体のレベルで作用する。次世代の遺伝子プールへの寄与が大きい個体を有利にするのである。これを、その生物の進化的適応度(ダーウィン適応度)と呼ぶ。
Fitness is often quantifiable and is measured by scientists in the field. However, it is not an individual's absolute fitness that counts, but rather how it compares to the other organisms in the population. Scientists call this concept relative fitness, which allows researchers to determine which individuals are contributing additional offspring to the next generation, and thus, how the population might evolve.
英語のヒント
適応度は数値化できることが多く、科学者によって野外で測定される。しかし重要なのは、個体の絶対的な適応度ではなく、同じ個体群の他の生物と比べてどうかということである。この概念を相対適応度と呼ぶ。これにより、どの個体が次世代により多くの子を残しているか、したがって個体群がどう進化しうるかを判断できる。
There are several ways selection can affect population variation: stabilizing selection, directional selection, diversifying selection, frequency-dependent selection, and sexual selection. As natural selection influences the allele frequencies in a population, individuals can either become more or less genetically similar and the phenotypes can become more similar or more disparate.
英語のヒント
選択が個体群の変異に影響する仕方には、安定化選択、方向性選択、分断化選択、頻度依存選択、性選択がある。自然選択が個体群内の対立遺伝子頻度に影響するにつれて、個体どうしは遺伝的により似ることも、似なくなることもあり、表現型もより似たり、より異なったりする。

Stabilizing Selection安定化選択

If natural selection favors an average phenotype, selecting against extreme variation, the population will undergo stabilizing selection (Figure 19.8). In a mouse population that live in the woods, for example, natural selection is likely to favor mice that best blend in with the forest floor and are less likely for predators to spot. Assuming the ground is a fairly consistent shade of brown, those mice whose fur is most closely matched to that color will be most likely to survive and reproduce, passing on their genes for their brown coat. Mice that carry alleles that make them a bit lighter or a bit darker will stand out against the ground and be more likely to fall victim to predation. As a result of this selection, the population’s genetic variability will decrease.
英語のヒント
自然選択が平均的な表現型を有利にし、極端な変異を不利にするなら、個体群は安定化選択を受ける(図19.8)。たとえば森林に暮らすマウスの個体群では、林床に最もよく溶け込み、捕食者に見つかりにくい個体が自然選択によって有利になるだろう。地面がほぼ一様な茶色だとすると、その色に毛色が最も近い個体が、生き残って繁殖し、茶色の毛の遺伝子を伝える可能性が最も高い。少し明るい色や少し暗い色にする対立遺伝子をもつ個体は、地面を背景に目立つため、捕食の犠牲になりやすい。この選択の結果、個体群の遺伝的変異性は低下する。

Directional Selection方向性選択

When the environment changes, populations will often undergo directional selection (Figure 19.8), which selects for phenotypes at one end of the spectrum of existing variation. A classic example of this type of selection is the evolution of the peppered moth in eighteenth- and nineteenth-century England. Prior to the Industrial Revolution, the moths were predominately light in color, which allowed them to blend in with the light-colored trees and lichens in their environment. However, as soot began spewing from factories, the trees darkened, and the light-colored moths became easier for predatory birds to spot. Over time, the frequency of the moth's melanic form increased because they had a higher survival rate in habitats affected by air pollution because their darker coloration blended with the sooty trees. Similarly, the hypothetical mouse population may evolve to take on a different coloration if something were to cause the forest floor where they live to change color. The result of this type of selection is a shift in the population’s genetic variability toward the new, fit phenotype.
英語のヒント
環境が変わると、個体群はしばしば方向性選択を受ける(図19.8)。これは、既存の変異の幅の一方の端にある表現型を有利にする選択である。古典的な例は、18~19世紀のイングランドにおけるオオシモフリエダシャクの進化である。産業革命前には大半が明るい色で、環境中の明るい樹木や地衣類に溶け込めた。しかし工場からすすが噴き出し始めると、樹木が黒ずみ、明るい色のガは捕食性の鳥に見つかりやすくなった。時間とともに、ガの黒化型の頻度が増えた。大気汚染の影響を受けた生息場所では、暗い体色がすすで汚れた樹木に溶け込み、生存率が高かったためである。同様に、先ほどの仮想的なマウスの個体群でも、何らかの原因で暮らしている林床の色が変われば、異なる体色をもつように進化するかもしれない。この種の選択の結果、個体群の遺伝的変異性は、新たな適応度の高い表現型へ向かって移る。

Diversifying Selection分断化選択

Sometimes two or more distinct phenotypes can each have their advantages for natural selection, while the intermediate phenotypes are, on average, less fit. Scientists call this diversifying selection (Figure 19.8) We see this in many animal populations that have multiple male forms. Large, dominant alpha males use brute force to obtain mates, while small males can sneak in for furtive copulations with the females in an alpha male’s territory. In this case, both the alpha males and the “sneaking” males will be selected for, but medium-sized males, who can’t overtake the alpha males and are too big to sneak copulations, are selected against. Diversifying selection can also occur when environmental changes favor individuals on either end of the phenotypic spectrum. Imagine a mouse population living at the beach where there is light-colored sand interspersed with patches of tall grass. In this scenario, light-colored mice that blend in with the sand would be favored, as well as dark-colored mice that can hide in the grass. Medium-colored mice, alternatively would not blend in with either the grass or the sand, and thus predators would most likely eat them. The result of this type of selection is increased genetic variability as the population becomes more diverse.
英語のヒント
異なる2つ以上の表現型がそれぞれ自然選択に対して有利である一方、中間の表現型は平均して適応度が低いことがある。科学者はこれを分断化選択と呼ぶ(図19.8)。この現象は、雄に複数の型がある多くの動物個体群で見られる。大きく優位なアルファ雄は力ずくで相手を獲得するが、小さな雄はその縄張りへ忍び込み、雌とひそかに交尾できる。この場合、アルファ雄も「忍び込み型」の雄も有利に選択される。しかし中程度の大きさの雄は、アルファ雄に勝てず、忍び込んで交尾するには大きすぎるため、不利に選択される。分断化選択は、環境の変化が表現型の範囲の両端にある個体を有利にする場合にも起こる。明るい砂地の所々に背の高い草が生える海辺のマウスの個体群を想像しよう。この状況では、砂に溶け込む明るい色のマウスも、草の中に隠れられる暗い色のマウスも有利になる。一方、中間の色のマウスは草にも砂にも溶け込めず、捕食者に食べられやすい。こうした選択の結果、個体群が多様になるにつれて、遺伝的変異性が増す。