📚進化の技法

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20250304

第1章ダーウィンの5文字の言葉
- 「機能の変化」が伴う。
- 魚が陸生になったり、恐竜が鳥になったりという大いなる進化は新たな器官が誕生するのではなく、古い特徴が新たな用途や機能に転用されることで起こる。
- 生物の体の中に生じる発明は、それが関与する大進化の最中に起こっているのではない。古来の進化が新たに転用されて起こる。
第2章発生学の胎動
- 生物は、どの種においても内胚葉、中胚葉、外胚葉の3枚の胚葉から発生を始める。そしてそれらは、いかなる種においても、驚くほど似ている。似ている。そこから鰓弓という頭の付け根に4つの膨らみが生まれ、多種多様な頭骨の発生の出発点となる。
  - そこから、生物の胚の成長は、進化史をたどる、という仮説をヘッケルは唱えたが、それは否定された。
- オオサンショウウオは、変態の時になると、水棲から陸棲へ大きな変貌を遂げる。祖先が数万年かけたことを数日間でおこなってしまう。
  - これにより、オオサンショウウオは、水棲の個体と陸性の個体が、同じ環境で共存する時期がある。
  - 成長の速度を早めたり鈍らせたり成長が早めに停止したりすることで新しい種類の体の出現が引き起こされている。
- ホヤは成体になると岩にへばりつき、海水を吸っては吐いて食物をこしとる個体になり、脊椎を持たない。が、幼体の時には脊椎を持ち、体を動かし移動も可能。胚から脊椎を持ち、それを消失させ成体になる。
  - ガースタングはそこから、無脊椎動物から脊椎動物への進化は、発生のタイミングの変化によるものがきっかけになった、と考えた。
  - つまりは、脊椎動物の祖先は、ホヤ似の祖先が発生を早め（脊椎をもつ段階）に停止し、幼体段階を凍結して脊椎をもつ個体となり、それらを維持したまま成熟した、というふうに。
    - この、神経索と結合組織の棒と鰓裂を備えた遊泳性の動物が、すべての脊椎動物の祖先になった、と。
- ヒトとチンパンジーの違いは、トムソンは体の各部位のプロポーションの変化によるもので、新たな器官が誕生したのではないと考えた。
  - ヒトとチンパンジーは、幼い頃は似ているが、成体になると頭部のフォルムは全然違う。つまり、成体に近づくほど、チンパンジーの頭部のプロポーションは幼体の頃からの変化が大きい、ということ。
  - ということは、人の頭部の進化は、チンパンジーが成体に向かう変化の途中で止めたもの、と考えることができる。成長の速度の違いにより生物種同士の違いが生じたのと同じ理屈で。
- 三胚葉のそれぞれは、別々の体の部分を作ると考えられていたが、それぞれ入り混じっていることが明らかに。
  - 細胞が新たな部位に行き着くと、そこで各種の組織を形成する。
  - こういう作り方を、生き物は受け継ぐ。DNAで書かれているレシピを。
第3章ゲノムに宿るマエストロ
- ワトソンとクリックは、DNAの構造を解明し、2本の鎖として存在していること、その2本がほどかれるとタンパク質やDNAの鋳型になることを明らかにした。
  - DNAはこれにより、2点を可能に。
    - 体づくりに関わるタンパク質を合成するための情報の保持
    - その情報を次世代に伝えること
- もし私たちが他の生物種と共通の祖先を持つなら、祖先種のDNAが脈々と受け継がれているはず。40億年の生命史を。
- ツッカーカンドルは、ヒトと類人猿のヘモグロビンのタンパク質は似ていることを明らかに。
  - ヒトとカエルや魚よりも似ている。
- ダーウィンの説は、生物が一般の系統樹を共有している、というもの。仮にそうであれば、ヒト、その他の霊長類、哺乳類、カエルのタンパク質のアミノ酸配列は、それらの生物の進化史を反映しているはず。
  - 分析にはヘモグロビンが適しており、生物種どうしの類縁関係が解き明かせるかも。
  - タンパク質が異なっているほど、共通の祖先から独立に参加するようになってから長い時間が経っていることになる。
  - 化石を必要とせず、各動物のタンパク質の構成を調べれば、動物同士の類縁関係を評価することが可能に。
    - 全ての動物内に存在するため、情報さえ読み取れるようになると、存在する動植物から生命史を解明できる。
  - 分子生物学の誕生。
- ヒトと類人猿のタンパク質を抽出しても、違いが出てこない。これは、研究手法が間違っているわけではなく、実際に違いがほとんどないから。
  - 2種のネズミどうし、2種のショウジョウバエよりも、ヒトとチンパンジーの遺伝的な差の方が小さい。
  - そしてゲノム解析へ。
- 遺伝子配列は、ヒトゲノムの2％ほど。残りの98％には、遺伝子が一切含まれていない。ゲノムの大部分には、遺伝子を含んでいない。なら、それらの領域はなにをしているのか。
  - 動物も植物も真菌も、タンパク質をコードする遺伝子と、遺伝子のオン・オフを切り替える分子スイッチの組み合わせを持っていることが明らかに。
  - 体の細胞はすべて同じ遺伝子を共有しており、そのどの部分を発生させてあるものは心臓に、あるものは骨に、とするかによるが、そのスイッチの役割が、ゲノムの98％を占めている。
  - 付属肢が発生する生物は皆、その遺伝子から100万塩基離れたところに制御する領域を持っている。哺乳類も両生類も魚類も。かつ、肢の制御をもつスイッチは、特定の組織だけに作用し、他には作用しない。
    - 遺伝子自身に変異が生じると全身に影響があるが、制御領域に関しては特定の器官にしか影響を及ぼさない。だからこそある部分がこれまでと異なる変異体が登場し、かつそれは生存可能である。進化の起きる余地があるということ。
- 生物の体の中では、DNAの鎖は、100万分の1秒ほどの間に開いたり閉じたりし、のたくったりねじれたりしながら毎秒数千個の遺伝子を活性化し続けている。
第4章美しき怪物
- 個体間の多様性は、自然選択による進化の燃料。多様性の潤沢な供給により、長い時間をかけて大きな変化を起こしうる。
- ショウジョウバエの研究の、胸の部分が2つあるバイソラックス変異体を調べることで、何らかの生体物質は受け継がれてハエの形質が遺伝することや、頭部・胸部・腹部の位置と遺伝子の位置が対応していることが明らかに。
  - どの生物においても共通しており、遺伝子が数珠つなぎになっていて体の特定の体節でしか発現しない。かつ、染色体上の並びと各体節の並びは一致する。
  - つまり、体の部位を作る遺伝子の住所が定まっているということ。
  - それらの住所を入れ替えると、端脚類の足の向きの住所を変えてを等脚類に変異させたり、マウスの仙骨を腰椎に変異させたりが可能に。
  - これこそが、生命に多様性がもたらされる仕組み。
- 遺伝的な住所を割り当てる役目をする遺伝子は、体内のいくつかの器官を形成するために使いまわされている。
- 腕の基部に1本、ひじから橈骨と尺骨という2本、末端は手首と指の骨の集まり。この配列は、カエルからクジラ、哺乳類まで共通している。
  - Hox遺伝子群の発現の組み合わせが異なる3つの領域に対応。
  - 哺乳類で肢を形成させるHox遺伝子は、魚類ではヒレを発生させる。
- ヒレから肢への進化では、あらゆるレベルで転用が起きている。
  - 古来の特徴を新たな用途に使いまわせる仕組みが、遺伝子には存在する。
第5章進化というモノマネ師
- 動物の体は同じパーツの繰り返し。
- ある変異体の遺伝子は長くなっている部分があったが、それはゲノムの一区画が重複されているから。
  - 異常な遺伝子複製による。
- 哺乳類同士は、各種の染色体の総重量ほぼ同じ。な一方で、両生類であるカエルやサンショウウオは、サンショウウオの各種同士を比べても最大25倍の開きが存在。
  - 遺伝子重複の暴走による？
    - 染色体の複製の際に、新たな対が均等に交換されず、片方が余分に持ち、もう片方がその分の欠失が起こるときが。
      - それにより、通常より大きなゲノムを持つ子孫が誕生。
    - あるいは、染色体を2本ずつではなく、3本以上もつのが存在。
      - それにより、全身のほぼすべての部位の発生に影響が。
      - 仮に染色体セットをまるごと重複して持っていると、各遺伝子のコピー数が増大する。
        「有望な怪物」は植物ではよくあるが動物では珍しい。
        爬虫類、両生類、魚。
        劇的な変異をうむ。
  - 進化の原動力は、遺伝子重複による？
    - となると、「有望な怪物」のような、1つの遺伝子は旧来の機能を維持し、余剰が変異して新たな機能を獲得することが可能に。
- 動物の体にあるタンパク質は、太古のものが重複し、改変され、新たな機能に転用されたもの。
- 　色覚は、赤緑青を認知する3種類のタンパク質があるが、それらは1つが重複して3つになり、視覚機能が向上した。
- 　聴覚も、爪や髪の毛も、胎児と大人のヘモグロビンも、それぞれは違う機能を持っていながら、複数にコピーされたもの。
- 人の脳は特筆して他の動物と異なるが、NOTCHという遺伝子はたの哺乳類にも共通しており、それと似たNOTCH2NLが人特有。
- 　NOTCHの複製により現出したと考えられる。
- 　違いに大きく関与していると考えられるが、おそらくそれのみが原因ではなさそう。が、この例をもってしても、遺伝子のコピーが発明や変化の燃料となりうることがわかる。
- 人を含め、生物のゲノムは反復配列、つまり同じ配列、要するに重複だらけ。
- トウモロコシを調べることで、跳躍遺伝子の存在に気づく。
  - ゲノム内のあらゆる場所で、自分のコピーを作っている遺伝子。
  - 　その部分が、反復配列となる。
  - ゲノムには、2種類の遺伝子がある。
    - ある機能をもち、タンパク質を作っているもの。
    - ゲノム内を飛び回ったり自らのコピーを作ったりするためだけに存在するもの。
  - 反復配列がゲノムの全て部分を占めると、宿主は死んでしまう。この跳躍遺伝子が完全に暴走すると、宿主は死ぬしかないので、次世代に受け継がれない。
  - ゲノムと跳躍遺伝子の緊張関係がそこにはある。
第6章私たちの内なる戦場
　ゴルドシュミット「最初の鳥は爬虫類の卵から生まれた」
　生物の大進化は、漸進的な変化ではなく、1世代の劇的な変化により起こりうるという主張。
　生物ははじめは骨を持っていなかった。この骨は、たくさんの遺伝子が、他の組織とは違うタンパク質を作ることでできあがる。
　骨の起こりはなんなのか？
　哺乳類以外は、卵から孵る。が、哺乳類は胎内で胚を育てて血液も共有する。
　父方の遺伝子を受け継いでいる胎児は、母の体内では異物であり、攻撃対象なのにそれをしないのは、脱落膜間質細胞のおかげ。
　プロゲステロンというホルモン濃度の上昇が引き金で月経が起こり、妊娠が成立すればさらにそれが分泌されて脱落膜間質細胞が形成される。
　脱落膜間質細胞は、数百個の遺伝子が誕生に関わっている。
　その量の遺伝子が必要なのにも関わらず、妊娠という現象は誕生した。いかに？
　ゲノムのあらゆる場所に点在する、プロゲステロンに反応する遺伝子。そんな点在する遺伝子を一気に変異させることを、跳躍遺伝子が可能にする。
　跳躍遺伝子は、重複して跳躍して新たな領域に着地するのを繰り返すことで、プロゲステロンに反応する遺伝子がコピーされていくために。
　跳躍遺伝子が、1つの変異をゲノム全域に運ぶことにより、妊娠は誕生。
　遺伝的変化は、跳躍遺伝子によりたちまち拡散する。
　 DNAは、跳躍遺伝子の増殖を防ごうとする。跳躍を抑制する。と、そこにとどまり、変異の領域は一部となる。
　実際、脱落膜間質細胞の形成スイッチは、跳躍能力が削がれていた。そこにとどまり、脱落膜間質細胞の形成の仕事に就いたかのよう。
　ゲノムは跳躍遺伝子とそれを抑え込もうとする勢力とのせめぎ合いにある。この争いが、発明につながる。
　妊娠などの大きな変化は、ゴルドシュミットの主張の確かさ補強するものではなかった。
- 妊娠には、シンチシンというタンパク質が必要。
  - どの動物のタンパク質とも似ておらず、ウイルスとの類似性が確認された。
  - ウイルスがゲノムに入り込み、無毒化され感染能力を奪われ使役され、それがシンチシンに。
    - 乗っ取るつもりが乗っ取られた。
  - しかも、マウスと霊長類では型が異なっている。つまり、別々のウイルスに侵入され、別のシンチシンを持つようになったということ。
  - 祖先とウイルスとの戦いが数ある発明の一つに。
- 記憶の形成にも、ウイルスが関わっていることが明らかに。陸棲生物には、記憶に重要な働きをするタンパク質が存在し、それはおそらくウイルスを生物が飼い慣らした結果による。
第7章重りの仕込まれたサイコロ
- 海の生物は多くの種が新しい特徴の獲得ではなく、失うこと（退化すること）で進化している。
  - 例えば、他の生物に寄生したエビ。目や神経系、消化器官など捨て去っているが、これはどの部分に寄生したとしても同じ部位を失う。
    - 多くの退化の生物に共通。
  - 例えば、四肢を失ったヘビ。トカゲも四肢を短くし、胴体を長くしている。
  - 同じ特徴、同じ進化が多様な生物で何度も起こっている。
- サンショウウオは、肢や内臓を無くしても完璧に再生できる。他にも色々な発明を有する。特に驚きの機構が、陸生の獲物をとらえるための舌。
  - 粘着質のパッドで覆われた骨を射出し、引き戻す。複雑で3段階かそれ以上の発明によって可能になる機構。
  - 獲物をとらえる舌は、サンショウウオの系統樹上、遠い縁の祖先も違うものどうしが共通して有していた。
    - 別々に生じた、ということ。
    - 発明は、別々に、多発的に起こっている。転用のおかげで。
  - それが興る共通点があったため。同じ機構を有したと考えられる。
- 生物の多発的な進化は2通りある。
  - ある課題に対する解決法が限られている。
  - 生物の集団には同じ個体は存在せず、かつ一部の変異は生息環境下での成功確率を高める状態にある。
    - この手の多発的な進化は、集団内の多様性に偏りがあるから起こる。
  - ある種のデザインが出現しにくくなっているとするなら、これまでの生物の集団内での器官がどつ発生したがわかれば、その器官にどんな進化が起こりうるか予測できるかもしれない。
- 進化の結果は「考えうるかぎりで最善の世界」ではなく、「ありある限りで最善の世界」である。
  - 進化によるサンショウウオの指の消失は、できていく逆順で、最後に発生する指が最初に失われる。
  - まったくのランダム＋環境ではない。偏り、つまり生じやすい変化が動物の発生の仕方によって定まっており、その中で生き残る変化が存在する。だから、多発的だけど同じ進化が起こっている。
- カリブ海地域ではほぼすべての島にトカゲが生息しており、森林の樹木のどの部分に棲んでいるかによって、島が違っても姿形はほぼ同じ。
  - 姿が似ているトカゲ同士が近縁なわけではなく、姿は違っても同じ島のトカゲ同士が近縁。
    - 多発的な変化。
  - 生命史のテープを各島でリプレイしたら、同じ進化が起こる。
- 生命史のサイコロには重りが仕込まれていて、遺伝や発生の方式、環境、進化史によって特定の目が出やすくなっている。
  - すべての生物の体と遺伝子の内部では、過去、現在、未来が渾然一体。
第8章生命のM＆A
- マーギュリスの新説、葉緑体もミトコンドリアも、細菌やバクテリアが細胞に取り込まれて代謝の担い手にされたものである、というもの。つまり、別個の生物どうしが融合して、より新しい生命体になったというもの。
  - 動物・植物・菌類の細胞は複雑で、ゲノムの格納庫である核を持ち、その周囲をさまざまな役割を担う細胞小器官が取り巻いている。
    - 代表格は、細胞にエネルギーを取り入れる、植物での葉緑体、動物でのミトコンドリア。
  - 発表時は嘲笑されたが、研究の技術が追いついてきて、実証された。葉緑体は、植物細胞よりもシアノバクテリアと近縁であり、ミトコンドリアも最近の子孫である、と。
    - どちらも細胞核のDNAとは類縁がなかった。
  - さらには、生物どうしの融合は、ありふれた現象であったことが明らかに。
- 化石はなくとも、岩石に生命の化学的な痕跡が残っていることがあり、それによると35億年前には数種類の生物がいたことが、また、40億年前にも生命の証拠があった。
  - 生命の黎明期から20億年前までは、単細胞生物しかいなかったことがわかっている。それらは細胞分裂により世代を経るごとに数が増し、新たな代謝反応を誕生させていった。そうした中で、エネルギーの取り入れは効率的に。光や二酸化炭素から、あるいは酸素を使ってエネルギーを抽出するものも。
  - 20億年近く、シアノバクテリアは地球上で最も豊富に存在する生物であった。光と二酸化炭素からエネルギーを生み出し、廃棄物として酸素を排出。それらにより、大気の組成を変え、酸素を利用する微生物が繁栄することに。
  - やがて単細胞生物は細胞小器官をもつ複雑な細胞の構造を有するように。
  - そして、融合が。酸素を代謝する細菌が別の微生物のと。微生物は核と種々のタンパク質を産出する装置を備えており、さらに複雑なタンパク質を産生したり新たな行動への諸資源をそろえた。
    - 細菌は、完全に取り込まれた。
- 体を構成する細胞は、それぞれが個体であるが、各自が勝手に振る舞っているわけではなく、体を作るために管理されている。体全体の健全性に貢献している。
  - 遺伝子ファミリーが体の健全性を支えるタンパク質群を統制している。
  - タンパク質を作ることは、コストがかかり、エネルギーを必要とする。
  - 融合が起こることにより、多様なタンパク質を産出できるようになった。
  - では、どういうメカニズムで体が誕生したのか。
  - 細胞がタンパク質を製造して体を作っているのであれば、タンパク質の起源を調べることで、体の誕生のメカニズムが掴めるかも。
  - 多細胞になる前の単細胞の頃から、体づくりのためのタンパク質の前身を備えていた。で、多細胞になってそれを転用し、体を作ったと考えられている。
  - そのトリガーとなるのが、細菌と考えられている。つまり、細菌は細胞に取り込まれることでエネルギーを産出する機構を提供したと同時に、体づくりのトリガーをも担ってくれているということ。