生物の環境適応生物の多様性と進化

担当：高見泰興質問：takami@people.kobe-u.ac.jp

レジュメ：http://www2.kobe-u.ac.jp/~takami/evol/

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本講義の目標

・生物の環境適応の基本的なしくみを理解する

・進化の結果生じた多様な生物同士のかかわり，あるいは生物と自然環境とのかかわりを学ぶ

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講義の予定１．生物の多様性と進化（10/3）　　出張のため休講（10/10）２．生物進化に必要な三つのしくみ（10/17）３．生物進化の実例：ダーウィンフィンチ（10/24）４．個体間の相互作用：性，協力，社会性（10/31）５．種間の相互作用（11/7）６．古生物と大進化（11/14）７．まとめと試験（11/21）

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参考書

「進化とはなんだろうか」長谷川眞理子　著岩波ジュニア新書￥７４０

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１．生物の多様性と進化

・多様な生物の姿・適応と進化のしくみ・進化を学ぶ意義

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地球上の様々な生き物

様々な形

様々な大きさ

様々な生き方

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地球上の生物の種数生物群 種数

ウイルス類 1000

細菌類 4760

菌類 47000

藻類 26900植物 250000

原生動物 30800

無脊椎動物 990000脊椎動物 44000

合計 1395000（Wilson & Peter, 1988）

疑問：なぜこんなに多様な生物がいるのか？

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http://tolweb.org/tree/

Tree of life: 生命の樹（系統樹）

The Answer is EVOLUTION!

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動物の祖先

脊椎動物

原索動物

棘皮動物

節足動物

環形動物軟体動物

扁形動物

腔腸動物海綿動物

動物の多様性動物の主要なグループ（門）

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海綿動物

ダイダイイソカイメン

sponge

細胞が集まっている（多細胞生物である）が，腸などの器官はない．

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腔腸動物

ウメボシイソギンチャク ミズクラゲ

サンゴの仲間

腸があるが貫通していない体が放射相称（左右が無い）口と肛門は一緒

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動物の祖先

脊椎動物

原索動物

棘皮動物

節足動物

環形動物軟体動物

扁形動物

腔腸動物海綿動物

動物の多様性動物の主要なグループ（門）

前口動物

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扁形動物左右相称（頭としっぽが決まる）口と肛門は一緒

コウガイビル

プラナリア

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スルメイカ

軟体動物

クチベニマイマイ

腸が貫通（口と肛門）骨格は無い（殻がある）

ホタテガイ

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環形動物節足動物 体が分節化

付属肢が発達外骨格が発達（節足動物）

フトミミズ

ゴカイ

ヤスデ

サクラエビ

フキバッタ

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動物の祖先

脊椎動物

原索動物

棘皮動物

節足動物

環形動物軟体動物

扁形動物

腔腸動物海綿動物

動物の多様性動物の主要なグループ（門）

後口動物

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棘皮動物

ムラサキウニ

イトマキヒトデ

マナマコ

腸が貫通（肛門と口：後口動物）放射相称から左右対称へ

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原索動物と脊椎動物

ナメクジウオマボヤ

背骨ができ始める

イチモンジタナゴアマガエル

ミサゴ

プレーリードッグ

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１．生物の多様性と進化

・多様な生物の姿・適応と進化のしくみ・進化を学ぶ意義

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適応：生物の凝ったデザイン

スズメガの１種

長い距を持つランの１種ガの口吻に花粉塊が付く

・スズメガは，他の虫が利用できない蜜を吸うことができる．・ランは，確実に自分の仲間へ花粉を渡すことができる．

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ミツバチの８の字ダンス・餌が50mより遠いと８の字ダンスをする．・腰を振る時間の長さが距離を反映する．・８の字の角度が方角を示す．・方角は太陽を基準とし，　巣内では真上が太陽と決められている．

適応：生物の高度な能力

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生物を見たときに感じる素直な疑問

なぜ生物の形や大きさ，生活の仕方は多様なのか．

進化 evolution

なぜ生物は精緻な形や優れた能力を持ち，さまざまな環境に適応してるのか．

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進化とは？

生物の持つ特徴が世代を経るにつれて変化すること

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（生物学における）進化ではないもの

世代を経ていないので，進化とは言わない

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進化と退化・進化とは「 生物の持つ特徴が世代を経るにつれて変化すること」である．・したがって，進化は常に高度なもの（複雑な構造や優れた能力）へ向かって進むとはかぎらない．・退化とは，祖先が持っていた構造や機能が縮小，消失する過程を指すが（例，ヒトのしっぽ），これも進化の一つの形である．

退化は，進化の反対語ではありません

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チャールズ・ダーウィンCharles Darwin

進化と多様化

ダーウィンが考えた進化のパターン（系統樹）Darwin (1859)

世代生物の特徴（大きさ，形，生き方等）

世代を経るにつれ，生物の特徴は変化し，かつ多様化する

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進化（生物の特徴が世代と共に変化する）を考えることで，生物の特殊性，多様性を理解することができる．

「進化を考えに入れない限り，生物学のどんな現象も意味を持たない」テオドシス・ドブジャンスキー Theodosius Dobzhanski

では，進化はどのようにして起こるのか？

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進化のしくみの３要素

１．変異（へんい，variation)　個体の持つ特徴に，ばらつきがあること．

２．遺伝（いでん，inheritance)　個体の持つ特徴が，子に伝わること．

３．淘汰（とうた，selection）　個体の持つ特徴に応じて，残す子の数に差があること．　自然淘汰ともいう．

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進化のしくみの３要素１．変異

２．遺伝

３．淘汰

××この３要素がそろえば，進化は自動的，機械的に進む

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１．生物の多様性と進化

・多様な生物の姿・適応と進化のしくみ・進化を学ぶ意義

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生物多様性の危機Biodiversity crisis

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人間活動による自然環境の改変

生息地は減少し 生物は絶滅する

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始生代 原生代

古生代 中生代 新生代

46億年前 現代25億年前 5.5億年前

5.5億年前 2.5億年前 6500万年前

人間活動による大量絶滅

カンブカンブリア紀

オルドオルドビス紀

シルシルル紀 デボン紀 石炭紀 ペルムペルム

紀三畳三畳紀 ジュラ紀 白亜紀 第三紀

第第四四紀

・生物多様性がどのように生み出され，維持されるのかを明らかにすることは，保全を考えるためにも有効．・絶滅してしまったら，調べようがない！

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進化のしくみの応用

• 長寿と成人病の関係

• 薬剤耐性菌や農薬耐性害虫の出現機構の理解

• エイズ治療法の確立

進化のしくみを理解することで我々人間自身の生き方に対する理解が深まる

• 工業デザイン

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工学における進化のしくみの応用

進化の仕組み（変異，遺伝，淘汰）をコンピューター上でシミュレートし，「より良いモノ」を探索する

進化的アルゴリズム Evolutionary Algorithm

適用例：人工知能プログラム，ロボットの設計，都市や建築空間のデザイン

キーワード：進化的アルゴリズム，　　　　　　遺伝的アルゴリズム（Genetic Algorithm; GA）

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１．生物の多様性と進化：まとめ

・生物が見せる，驚くべき適応や多様性は，進化を考慮することで理解できる．

・進化とは，生物の持つ特徴が，世代を経るにつれ変化することである．

・進化が起こるには，３つの要素（変異，遺伝，淘汰）が必要である．

・進化のしくみを知ることは，失われつつある生物多様性の保全を考えたり，我々人間がより良い生活をするためにも有用である．

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