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遺伝的浮動と中立進化

遺伝子プール・対立遺伝子頻度の意味と、偶然による頻度の変化である遺伝的浮動（びん首効果・創始者効果、小さな集団ほど影響が大きい）や、有利でも不利でもない突然変異が広まる中立進化について、正しい記述を選べる

前提

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説明

ある生物の集団がもつ遺伝子全体を「遺伝子プール」とよび、その中である対立遺伝子が占める割合を「対立遺伝子頻度（遺伝子頻度）」とよびます。この技能では、自然選択とは別に、偶然によって対立遺伝子頻度が変わる「遺伝的浮動」と、生存・繁殖に有利でも不利でもない突然変異が遺伝的浮動によって集団に広まる「中立進化」について、正しい記述を選べるようになります。進化のしくみを問う選択式の問題で、自然選択との違いを見分けるときに使います。

なぜそうしてよいのか

集団の中で、次の世代に受け渡される遺伝子は、親の遺伝子プールから「くじ引き」のように選ばれたものと考えられます。どの個体が子を多く残すか、配偶子にどちらの対立遺伝子が入るかには偶然が入るので、どの対立遺伝子も生存・繁殖に有利・不利の差がなくても、子の世代の対立遺伝子頻度は親の世代と少しずつずれます。これが遺伝的浮動です。コインを 10 回投げると表が 7 回出ることはよくありますが、1000 回投げて表が 700 回出ることはほとんどありません。同じように、個体数が少ない集団ほど偶然によるずれが大きく、ある対立遺伝子が集団から失われたり、逆に集団のすべての個体がもつようになったり（固定）しやすくなります。

集団の個体数が災害などで急に減ると、生き残った少数の個体がたまたまもっていた対立遺伝子だけが残り、頻度が元の集団から大きく変わります（びん首効果）。また、少数の個体が元の集団から離れて新しい集団をつくるときも、その少数の個体の対立遺伝子頻度が新しい集団の出発点になります（創始者効果）。どちらも、個体の有利・不利ではなく「偶然どの個体が残ったか」で決まる点が自然選択と違います。

突然変異には、個体の生存・繁殖に不利にはたらくものも少なくありません。しかし、分子レベル（DNA の塩基配列やタンパク質のアミノ酸配列）で見ると、集団に残っていく変化の多くは、塩基配列が変わってもアミノ酸配列が変わらない場合や、アミノ酸が変わってもタンパク質の働きにほとんど影響しない場合で、生存・繁殖に有利でも不利でもありません（中立な突然変異）。こうした突然変異には自然選択がはたらかないので、遺伝的浮動によって偶然に集団へ広まったり消えたりします。木村資生は、分子レベルの進化的な変化の多くはこのような中立な突然変異の蓄積によると考え、これを中立説とよびました。中立な突然変異が遺伝的浮動で集団に広まって起こる進化が中立進化です。

手順

  1. 選択肢が述べている「対立遺伝子頻度が変わる原因」が、個体の生存・繁殖の有利・不利（自然選択）なのか、偶然（遺伝的浮動）なのかを読み分ける

  2. 遺伝的浮動についての記述なら、「偶然による変化で、有利・不利とは関係ない」「集団が小さいほど影響が大きい」に合っているかを確かめる

  3. びん首効果・創始者効果の記述なら、どちらも少数の個体が偶然残る・移ることで対立遺伝子頻度が元の集団から大きく変わる現象であること、びん首効果は個体数の急減、創始者効果は少数の個体による新しい集団の形成であることを確かめる

  4. 中立進化の記述なら、生存・繁殖に有利でも不利でもない（中立な）突然変異が、自然選択ではなく遺伝的浮動によって集団に広まることになっているかを確かめる

  5. 「大きな集団ほど遺伝的浮動の影響が大きい」「中立な突然変異は自然選択で広まる」など、向きや原因が逆になっている選択肢を誤りとして除き、残ったものを答える

例題

遺伝的浮動について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　遺伝的浮動は、生存や繁殖に有利な対立遺伝子をもつ個体が多くの子を残すことによって起こる。
イ　遺伝的浮動による対立遺伝子頻度の変化は、個体数が多い集団ほど大きい。
ウ　遺伝的浮動によって、生存や繁殖に有利でも不利でもない対立遺伝子が、集団のすべての個体がもつようになることがある。
エ　遺伝的浮動は、突然変異が起こらない集団では起こらない。

例題の解答

手順 1：各選択肢が、対立遺伝子頻度が変わる原因を何としているかを読む。アは「有利な対立遺伝子をもつ個体が多くの子を残す」ことを原因としており、これは自然選択の説明である。遺伝的浮動は偶然による変化なので、アは誤り。

手順 2：遺伝的浮動の性質と照らし合わせる。遺伝的浮動の影響は個体数が少ない集団ほど大きいので、「個体数が多い集団ほど大きい」とするイは向きが逆で誤り。エについて、遺伝的浮動は、どの個体が子を残すか・配偶子にどちらの対立遺伝子が入るかという偶然によって、集団の中にすでにある対立遺伝子の頻度が変わる現象であり、新しい突然変異が起こらなくても起こる。よってエは誤り。

手順 3：この問題には、びん首効果・創始者効果についての選択肢はないので、手順 3 は使わない。

手順 4：中立な対立遺伝子について確かめる。有利でも不利でもない対立遺伝子は自然選択を受けないが、遺伝的浮動によって頻度が偶然に増減し、集団のすべての個体がもつようになる（固定される）ことがある。ウはこれに合っている。

手順 5：誤りのア・イ・エを除き、答えはウである。

答え:

ウ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること