生物の進化と系統（知識）

原始地球の大気を想定して、次のような実験を行った。

実験 滅菌した 2 つの密閉装置 X と Y に、メタン・アンモニア・水素・水蒸気を同じ量ずつ入れた。装置の中の水は加熱して蒸発させ、冷却して液体にもどすことをくり返し、気体と水が装置の中を循環するようにした。装置 X では気体の中で火花放電を 1 週間続け、装置 Y では放電を行わなかった。その後、それぞれの装置にたまった水を調べた。

結果

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　放電のエネルギーによって、アミノ酸から膜で包まれた細胞がつくられることが示された。
• イ　原始大気を想定した簡単な分子からなる気体から、放電のエネルギーによってアミノ酸などの有機物が生じうることが示された。
• ウ　気体と水を加熱・冷却して循環させるだけで、放電がなくてもアミノ酸が生じることが示された。
• エ　検出されたアミノ酸は、装置の中にいた生物がつくったものであることが示された。

突然変異と自然選択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　突然変異は、生物が環境に適応する必要が生じたときに、その環境で有利になる方向にだけ起こる。
• イ　親が生きている間に使って発達させた器官の形質は子に遺伝し、これが積み重なることで進化が起こる。
• ウ　突然変異は環境と無関係に偶然起こり、生じた形質には生存や繁殖に有利なものも不利なものもある。
• エ　工場のばい煙で樹皮が黒ずんだ地域では、明色型のオオシモフリエダシャクの体色が黒ずんだ樹皮に合わせて暗く変化し、その変化が子に伝わったため、暗色型の割合が高くなった。

4 種の動物 P, Q, R, S がもつ同じはたらきのタンパク質について、アミノ酸配列を 2 種ずつ比べ、異なるアミノ酸の数を調べたところ、次の表のようになった。

アミノ酸の違いの数は、共通祖先から分かれてからの時間が長いほど大きくなるものとする。この結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　P に最も近縁な種は R である。
• イ　4 種のうち、ほかの 3 種の共通祖先から最も早く分かれたのは S である。
• ウ　Q は、P よりも R に近縁である。
• エ　違いの数が大きい組ほど、共通祖先から分かれてからの時間が短い。

原始地球に酸素を発生する光合成を行う生物が現れたことで起きた変化について述べた文として正しいものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　シアノバクテリアが放出した酸素は、まず大気中にたまり、そのあとで海水中の鉄イオンと結びついて縞状鉄鉱層ができた。
• イ　ストロマトライトは、シアノバクテリアの群体と、そのまわりにたまった砂や泥などが層状に積み重なってできた構造である。
• ウ　大気中の酸素が増えたことでオゾン層が形成され、地表に届く紫外線の量が増えた。
• エ　シアノバクテリアは、光のエネルギーを使って酸素と水から有機物をつくり、二酸化炭素を放出した。

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の頻度だけを高めるはたらきである。
• イ　遺伝的浮動は、集団の中に新しい突然変異が生じたときにだけ起こる。
• ウ　遺伝的浮動による対立遺伝子頻度の変化は、集団の個体数が少ないほど大きくなりやすい。
• エ　少数の個体が元の集団から離れて新しい集団をつくっても、新しい集団の対立遺伝子頻度は必ず元の集団と同じになる。

器官の比較と進化について述べた文として誤っているものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　コウモリの翼とヒトの腕は、はたらきは異なるが骨格の基本的なつくりが共通しており、相同器官である。
• イ　チョウのはねと鳥の翼は、どちらも飛ぶためのはたらきをもち、発生の起源も同じであるので、相同器官である。
• ウ　ヒトの尾骨のように、祖先でははたらいていたが、現在でははたらきを失って小さくなっている器官を痕跡器官という。
• エ　有袋類のフクロモモンガと真獣類のモモンガの形がよく似ているのは、似た環境に適応した結果として起こった収束進化の例である。

真核細胞がもつミトコンドリアと葉緑体には、次のような特徴がある。

• 核の DNA とは別に、独自の DNA をもつ。
• 細胞の中で分裂して増える。
• 二重の膜で包まれている。

これらの特徴から、ミトコンドリアは好気性細菌が、葉緑体はシアノバクテリアが、それぞれ祖先となる細胞の中に取り込まれ、その細胞の中でともに生活し続けるうちに細胞小器官になったと考えられている。このような、ミトコンドリアや葉緑体の起源についての説を何というか。

ある生物の 2 つの集団の間で起こった次のア〜エのできごとのうち、生殖的隔離にあてはまるもの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　川の流れが変わったことで、ある魚の集団が 2 つの湖に分かれ、互いに行き来できなくなった。
• イ　2 つの集団の間で繁殖する時期がずれるようになり、同じ場所にいても交配が起こらなくなった。
• ウ　山脈が隆起したことで、ある昆虫の集団が山脈の両側に分断された。
• エ　海面が上昇して陸地の一部が島になり、ある小形の哺乳類の集団が島と大陸に分かれ、互いに行き来できなくなった。

ある島で、ランの一種 X とスズメガの一種 Y を観察したところ、次のことがわかった。

• X の花には、奥に蜜をためる細長い距（きょ）があり、その長さは約 30 cm であった。
• Y の口器（口吻）の長さも約 30 cm であり、Y は X の距の奥の蜜を吸うことができた。
• Y が蜜を吸うとき、頭部が花に押しつけられて花粉がつき、その花粉はほかの X の花へ運ばれていた。
• この島では、X の蜜を吸える口器をもつ昆虫は Y だけであった。

X の距と Y の口器がともに長くなった過程の説明として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　Y の祖先が、蜜を吸おうとして口器をよく使ったため口器がのび、その長くなった口器が子に遺伝した。
• イ　X と Y はたがいに自然選択の要因となり、距の長い X と口器の長い Y が子を多く残すことがくり返されて、両者がともに変化した。
• ウ　X の距と Y の口器は発生の起源が同じ相同器官であり、共通の祖先から受けついだ形が保たれた。
• エ　X と Y は系統が近く、もともと同じ形の器官をもっていたため、同じ長さになった。

多細胞生物の出現と、生物の陸上進出についての記述として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　エディアカラ生物群は、硬い殻や骨格をもつ生物が多く、カンブリア紀になって初めて出現した。
• イ　バージェス動物群は、先カンブリア時代の末に見られる、からだがやわらかく偏平な生物の集まりである。
• ウ　植物が陸上に進出したのは、オゾン層が形成されて、地表に届く紫外線が減った後である。
• エ　セキツイ動物のなかで最初に陸上に進出したのは、ハチュウ類である。

生物を細菌（バクテリア）・アーキア（古細菌）・真核生物の 3 つのドメインに分ける 3 ドメイン説についての記述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　アーキアは、核膜に包まれた核をもつ真核生物である。
• イ　3 ドメイン説では、動物・植物・菌類は、それぞれ別のドメインに分けられる。
• ウ　大腸菌とシアノバクテリアは、それぞれ別のドメインに含まれる。
• エ　アーキアは、細菌よりも真核生物に近縁である。

人類は、ほかの霊長類とは異なり、直立二足歩行を行うようになった。現生の人類（ヒト）のからだの特徴のうち、直立二足歩行に適したつくりとして正しい記述を、次のア〜エからすべて選べ。

• ア　頭骨の底にある、脊髄が通る穴（大後頭孔）が、頭骨のほぼ真下に開いている。
• イ　骨盤は上下に長く、左右の幅がせまい。
• ウ　脊柱（背骨）が、横から見て S 字状に湾曲している。
• エ　足の親指がほかの指と向かい合い、足で枝などをにぎることができる。

異なる生物の器官を比べると、見かけやはたらきが違っていても、発生の起源や基本的な構造が同じ器官がある。一方で、見かけやはたらきが似ていても、発生の起源が異なる器官もある。後者のような器官を相似器官という。

次の器官の組み合わせのうち、相似器官の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　ヒトの腕とクジラの胸びれ
• イ　ヒトの腕とコウモリの翼
• ウ　ネコの前あしとモグラの前あし
• エ　チョウのはねとスズメの翼
• オ　ウマの前あしとクジラの胸びれ

今から約27億年前ごろから、酸素を発生する光合成を行う原核生物であるシアノバクテリアが海で繁栄するようになった。シアノバクテリアの光合成によって酸素が放出されたことが原因となって、その後の地球や生物に起こった変化として適当なものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　海水中に溶けていた鉄イオンが酸化されて沈殿し、縞状鉄鉱層が形成された。
• イ　大気中に酸素が蓄積し、やがて上空にオゾン層が形成された。
• ウ　大気中の二酸化炭素の濃度がしだいに増加した。
• エ　原始大気中のメタンやアンモニアなどの無機物から、生物の材料となる有機物がつくられる化学進化が始まった。
• オ　地表に届く有害な紫外線が減少し、生物が陸上に進出できる環境が整った。

生物の集団では、突然変異によって新しい対立遺伝子が生じる。その後、自然選択や遺伝的浮動によって、集団内の対立遺伝子頻度が世代とともに変化する。さらに、集団どうしの間に隔離が生じると、新しい種が形成されることがある。

進化のしくみに関する記述として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　遺伝的浮動による対立遺伝子頻度の変化は、集団の個体数が少ないほど大きくなりやすい。
• イ　自然選択による進化は、個体が生存中に環境に応じて獲得した形質が子に遺伝することによって起こる。
• ウ　生存や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内に広まり、固定されることがある。
• エ　地理的隔離によって分かれた 2 つの集団が再び出会い、交配して生殖能力のある子ができる場合、両集団の間には生殖的隔離が成立している。
• オ　突然変異は、その生物が置かれた環境に適応する方向にかたよって起こりやすい。
• カ　植物では、染色体の倍数化によって、地理的隔離を経ずに短期間で新しい種が生じることがある。

異なる種の生物どうしが、たがいに自然選択の要因となって影響を及ぼし合いながら進化することを共進化という。共進化の例として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　ヒトの腕とクジラの胸びれは、見かけやはたらきは異なるが、骨格の基本的な構造が共通している。
• イ　オーストラリアにすむ有袋類のフクロモモンガと、北アメリカにすむ真獣類のアメリカモモンガは、系統が離れているのに似た体形をもつ。
• ウ　花の奥に長い距（蜜をためる細長い部分）をもつランと、長い口器をもつスズメガとの間で、距と口器がともに長くなるように進化した。
• エ　鳥類の翼と昆虫のはねは、発生の起源が異なるが、どちらも空を飛ぶためのはたらきをもつ。
• オ　暗い洞窟にすむ魚の一部では、眼が退化して痕跡的になっている。

次の文章を読み、下の問いに答えよ。

ウーズらは、すべての生物がもつ（ a ）の塩基配列を比較し、その違いの大きさをもとに生物の系統関係を調べた。その結果、生物全体を細菌（バクテリア）、アーキア（古細菌）、真核生物（ユーカリア）の 3 つのドメインに分ける 3 ドメイン説を提唱した。この説では、原核生物は細菌とアーキアの 2 つのドメインに分かれる。また、細菌とアーキアのうち、真核生物により近縁であるのは（ b ）であると考えられている。

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜カのうちから 1 つ選べ。

次の文章を読み、下の問いに答えよ。

ある島に生息していた生物の集団が、地殻変動によって海峡ができたために 2 つの集団に分かれ、互いに行き来できなくなった。このように、山脈や海などの物理的な障壁によって集団どうしの交配が妨げられることを $\boxed{a}$ という。分かれた 2 つの集団では、それぞれで生じた突然変異や、自然選択・遺伝的浮動によって、遺伝子プールが別々に変化していった。長い年月ののち、2 つの集団の個体を同じ場所に置いても、交配が起こらなくなっていた。このように、集団の間で交配が起こらない、または交配しても生殖能力のある子が生じない状態を $\boxed{b}$ という。$\boxed{b}$ が成立すると、2 つの集団は別の種になったと考えられる。

問　文中の空欄 $\boxed{a}$・$\boxed{b}$ に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次の表のア〜オから 1 つ選べ。

次の文章中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

かつては、生物を細胞の構造などにもとづいていくつかの界に分ける考え方が広く用いられてきた。これに対してウーズらは、すべての生物がもつ（ a ）を比較し、生物を細菌（バクテリア）、アーキア（古細菌）、真核生物（ユーカリア）の 3 つのドメインに分ける 3 ドメイン説を提唱した。アーキアは、核膜に包まれた核をもたない原核生物である点では細菌と共通しているが、遺伝子の比較などから、系統的には細菌よりも（ b ）に近縁であると考えられている。

原始地球での生命の誕生から、光合成生物や真核生物が現れるまでの過程について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　大気中に蓄積した酸素からオゾン層が形成されると、地表に届く赤外線が大幅に減少し、生物が陸上に進出できる環境が整った。
• イ　初期の生命では、遺伝情報の保持と化学反応の触媒の両方のはたらきをタンパク質が担っていたとする考えを、RNAワールドという。
• ウ　ミトコンドリアは、シアノバクテリアに近い原核生物が別の細胞に取り込まれて共生することで生じたと考えられている。
• エ　シアノバクテリアが放出した酸素は、まず海水中に溶けていた鉄イオンを酸化し、生じた酸化鉄が沈殿して縞状鉄鉱層が形成された。
• オ　真核生物の祖先となった細胞には、まず光合成を行う原核生物が共生して葉緑体となり、その後に好気性細菌が共生してミトコンドリアとなった。

霊長類の多くは樹上で生活する祖先から進化し、樹上生活に適した特徴を共通してもっている。一方、人類は直立二足歩行を行うようになり、ほかの霊長類にはみられない特徴を獲得した。

霊長類の多くに共通してみられ、樹上生活への適応と考えられている特徴として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　大後頭孔が頭骨のほぼ真下に開いている。
• イ　脊柱が全体としてゆるやかなS字状に湾曲している。
• ウ　両眼が顔の前面に並び、立体的に見える範囲が広い。
• エ　骨盤が上下に短く左右に幅広く、内臓を下から支えている。
• オ　足の親指がほかの指と向かい合わず、足の裏に土踏まずがある。

人類の進化と、人類のからだの特徴に関する記述として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　人類の頭骨では、脊髄が通る大後頭孔が頭骨の後方に開いており、頭部を後ろから脊柱で支えるつくりになっている。
• イ　人類の足では、親指がほかの指と向かい合っており、木の枝などをつかむのに適したつくりになっている。
• ウ　アウストラロピテクスの仲間は直立二足歩行をしていたが、脳の容積は現生の類人猿と大きくは変わらない程度に小さかった。
• エ　ホモ・エレクトスはアフリカで出現したが、アフリカの外へは分布を広げることなく絶滅した。
• オ　ミトコンドリア DNA の解析などから、現生人類（ホモ・サピエンス）はアジアで誕生し、その後世界各地に広がったと考えられている。

生命の誕生と初期の生物の進化について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　化学進化では、原始的な細胞が誕生したのちに、その細胞の内部で初めて、無機物からアミノ酸などの簡単な有機物がつくられたと考えられている。
• イ　共生説では、ミトコンドリアは光合成を行うシアノバクテリアが、葉緑体は酸素を用いて呼吸を行う細菌が、それぞれ宿主となる細胞に取り込まれて共生したものと考えられている。
• ウ　シアノバクテリアの光合成によって放出された酸素は、海水中に溶けていた鉄のイオンと結びついて酸化鉄として沈殿し、縞状鉄鉱層が形成されたと考えられている。
• エ　ミトコンドリアや葉緑体は独自の DNA をもたず、核の DNA の情報だけにもとづいて細胞内で分裂し、増殖する。
• オ　先カンブリア時代の末に現れたエディアカラ生物群は、硬い殻や骨格をもつ動物が中心であった。

ある地層から、霊長類のものと考えられる化石の骨が見つかった。この骨を現生のチンパンジーやゴリラの骨と比べたところ、次の特徴がみられた。

• 頭骨の底にある、脊髄が通る穴（大後頭孔）が、頭骨のほぼ真下に開いている
• 骨盤は上下に短く、左右に幅が広い
• 背骨（脊柱）は、横から見ると緩やかな S 字状に曲がっている
• 足の骨は土踏まずにあたるアーチをつくり、足の親指はほかの指と同じ向きに並んでいる

これらの特徴は、いずれも体を支える姿勢と移動のしかたに関係している。現生のチンパンジーやゴリラにはみられず、人類（ヒトの系統）に共通してみられるこの姿勢と移動のしかたを何というか。

原始地球で生命が誕生する前に、有機物がどのようにしてできたかを調べるため、次の実験を行った。

【実験】 加熱して滅菌したガラス製の密閉装置に、メタン $(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4)$、アンモニア $(\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3)$、水素 $({\mathrm{H}}_2)$ の混合気体と水蒸気 $({\mathrm{H}}_2\mathrm{O})$ を入れた。装置の中には酸素 $({\mathrm{O}}_2)$ も生物も含まれていない。装置の一部で水を沸騰させて気体を循環させ、別の部分で気体に高い電圧をかけて火花放電を起こし続けた（装置 A）。同じ気体と水を入れ、放電を起こさずに同じ時間だけ水を沸騰させて気体を循環させる装置も用意した（装置 B）。1 週間後、それぞれの装置にたまった水溶液を調べた。結果は次の表のとおりである。

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　アミノ酸が生じるためには、気体の中に酸素が含まれている必要がある。
• イ　装置 A で生じたアミノ酸から、生命が誕生することが示された。
• ウ　生物が存在しない条件でも、簡単な物質から、放電のエネルギーによってアミノ酸が生じることがある。
• エ　アミノ酸は、水を沸騰させて気体を循環させるだけで生じる。
• オ　アミノ酸は、生物のはたらきによってしかつくられない。