変異と遺伝

ヨルダンの人々を対象にしたある研究では、ABO式血液型の遺伝子の26.1パーセントがA対立遺伝子でした。生物学者が進化と呼ぶのは、こうした数値の変化のことです。

自然選択がはたらくのは個体どうしのちがいだけで、しかもそれが遺伝するちがいである場合だけです。よい食事のおかげで背が高くなった子どもがいても、そのせいで背の高い子が生まれるわけではありません。ジムで鍛えた筋肉も次の世代には伝わりません。ダーウィンもウォレスも多くのばらつきが遺伝することは知っていましたが、そのしくみはどちらも知りませんでした。答えはすでに発表されていました。グレゴール・メンデルは『On the Origin of Species』の数年後の1866年にエンドウの実験を発表しましたが、1900年まではほとんどだれにも読まれませんでした。1940年代までに、生物学者はメンデルの遺伝学とダーウィンの選択を結びつけました。この組み合わせを総合説（現代的総合）といいます。

新しいばらつきはどこから来るのか

おもな源は2つあります。1つは突然変異、つまりDNAの変化で、まったく新しい対立遺伝子を生む唯一の源です。突然変異は、生物が生き残ったり子を残したりする可能性を下げることも、上げることも、まったく変えないこともあります。最後のものを中立な突然変異といい、多くの突然変異は中立です。もう1つの源は有性生殖です。新しい対立遺伝子をつくるわけではありませんが、卵や精子はどれも親の対立遺伝子をちがう組み合わせでもつので、子はそれぞれ新しい組み合わせを受けとります。ただし動物には注意点があります。皮膚の細胞や肝臓の細胞に起きた突然変異は、その体の中にとどまります。次の世代に届くのは、卵や精子をつくる細胞の変化だけです。

下の実験室は、すべて中間色の架空の甲虫100匹と、色を気にしない鳥（選択圧0）から始まります。「次の世代」を何回か押してみましょう。突然変異によって淡い甲虫や濃い甲虫が少し現れ、選択がないので、その割合は世代ごとに偶然で上がったり下がったりします。次に選択圧を上げると、棒グラフが樹皮の色のほうへ傾いていくのがわかります。

集団の中の対立遺伝子を数える

集団遺伝学は、1つの家族ではなく集団全体に目を向けます。対立遺伝子頻度とは、集団内のある遺伝子のすべてのコピーのうち、特定の対立遺伝子が占める割合です。OpenStaxは実例をあげています。ヨルダンでの研究によると、ABO式血液型の対立遺伝子はAが26.1パーセント、Bが13.4パーセント、Oが60.5パーセントで、合計すると100パーセントになります。集団遺伝学では、進化とは世代を経て対立遺伝子頻度が変わることを意味します。自然選択はその起こり方の1つです。もう1つは遺伝的浮動で、まったくの偶然による変化であり、小さな集団で最も強くはたらきます。たとえば島などで少数の個体が新しい集団をつくると、その対立遺伝子はもとの集団と同じにならないことがあります。これを創始者効果といい、遺伝的浮動の特別な場合です。

変化しない集団

1900年代の初め、数学者のゴッドフリー・ハーディと医師のヴィルヘルム・ワインベルクは、何も変化をもたらさないときの集団のすがたを示しました。一方の対立遺伝子の頻度をp、もう一方をqとすると、p + q = 1です。交配の相手がでたらめに決まるなら、遺伝子型はホモ接合の優性がp²、ヘテロ接合が2pq、ホモ接合の劣性がq²となり、p² + 2pq + q² = 1です。このモデルは、とても大きな集団で、突然変異も移住も選択もないことを前提にしています。そんな集団は現実にはありませんが、そこが大事な点です。野外で数えた値が予想とちがえば、何かがその集団にはたらいているということです。OpenStaxの例では、500株の植物の集団で、紫のVがp = 0.8、白のvがq = 0.2です。モデルの予想は、VVが0.64 × 500 = 320株、Vvが0.32 × 500 = 160株、vvが0.04 × 500 = 20株です。

変化の速い集団では、この考え方が実際に役立ちます。インフルエンザウイルスはすばやく増え、突然変異もよく起こすので、流行する株は年ごとに変わります。科学者は毎年、株がどう変化してきたかを調べ、次のワクチンに入れる株を選びます。去年のインフルエンザの予防接種が今年はあまり効かないことがあるのはこのためです。