自然選択と進化

変異とは個体間の違いを意味し、3つの原因があり得る：

• 遺伝的要因のみ—— inherited するアルレルによって決定される（例：人間の血液型）。
• 環境的要因のみ——周囲の環境によって決定される（例：傷跡や話す言語）。
• 両者の組み合わせ——身長や体重など、ほとんどの形質は遺伝子および栄養やライフスタイルに依存する。

変異には2つのパターンがある：

• 不連続変異——間に什么都没有く明確に区別されるグループ（例：血液型A, B, AB, O）。通常は1つまたは少数の遺伝子によって制御され、環境の影響は小さい。
• 連続変異——一方の極端から他方へ滑らかな範囲（例：身長）。多くの遺伝子が共同して作用し、さらに環境の影響を受ける。

2つのサンプルの平均を比較する場合（例：日陰と日向での植物の身長）、t検定を使用する。これは差が実際に大きいのか、それとも偶然によるものかを知るために用いる。

個体群は、生存できる数を遥かに超える子孫を生み出すため、子供たちは食料や空間などの資源を巡って競争せねばならない。これを「生存のための闘争」という。適応した最も有利な個体が生き残り、繁殖して次世代にアルレールを引き継ぐ可能性が高い。何世代もかけて、有益なアルレールは個体群内でより普遍的になる。これが自然選択である。

環境条件は次の3つの方法で選択を推進する：

• 安定化選択は平均的な形質を好むため極端な形質が除去され（個体群はそのまま）、
• 方向性選択は片側の極端な形質を好むため平均値がその方向へシフトし、
• 分裂選択は両方の極端な形質を好むため平均的な形質が除去される。

アルレール頻度は他の方法でも変化することがある：

• 創始者効果 — 少数の個体が新しい個体群を形成するため、元の集団のアルレールの一部しか持たない。
• 遺伝的浮動 — 小規模な個体群では、偶然によって世代を超えてアルレール頻度が変化する。
• ボトルネック効果 — 個体数の急激な減少により少数の生存者しか残らず、アルレールの多様性が低下する。

抗生物質耐性における自然選択

偶然の突然変異により少数の細菌がある抗生物質に対して耐性を持つようになる。抗生物質が使用されると耐性のない細菌は死滅するが、耐性菌は生き残り繁殖する。時間とともに耐性は個体群全体に広まる。これが実際に機能している自然選択である。

ハーディ＝ヴァインベルグの法則を用いると、個体群内のアルレール頻度と遺伝子型頻度を計算できる。これは個体群が大きく、交配がランダムであり、かつ突然変異、移入・移出、自然選択がない場合にのみ成立する。

優性アルレールの頻度を $p$、劣性アルレールの頻度を $q$ とする。アルレールは2種類しかないので：

遺伝子型頻度の和は1となり、ここで $p^2$ はホモ接合優性、$2pq$ はヘテロ接合（キャリア）、$q^2$ はホモ接合劣性を表す：

計算例。 遺伝的欠陥が$1$人に$100$人ずつ発症する場合、キャリア（保因者）の頻度を求めよ。

ホモ接合劣性の遺伝子型（$q^2$）のみがその形質を示すため、$q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$ となり、$q = \sqrt{0.01} = 0.1$ が得られる。したがって $p = 1 - q = 0.9$ となる。キャリアはヘテロ接合体である：

つまり個体群の約 $18\%$ がキャリアであり、形質を示す $1\%$ よりも遥かに多い。

選抜育種、または人工選択において、人間（自然界ではなく）がどの生物を繁殖させるかを選び、有用な特徴が引き継がれるようにする。例：

• 小麦や米の品種に病害抵抗性を導入するための育種。
• 近親交配および雑交（異なる系統の交配）を用いて、旺盛で均一なトウモロコシを作る。
• 乳牛の育種による乳産出量の向上。

進化とは、遺伝子プール（個体群に含まれるすべてのアルレール）が世代を超えて変化することで、古い種から新しい種がゆっくりと形成されることである。

DNA配列データは2つの種の系統的近傍性を示すことができる：DNA配列が類似しているほど、共通祖先を共有した時期は最近的である。

種分化は、2つの個体群が遺伝的に隔離され、互いに交尾できなくなることで起こる。この遺伝的隔離は次の2つの方法で生じることがある：

• 地理的種分化 — 個体群が地理的分断（海や山脈など）によって離隔されている。
• 同域種分化 — 個体群は同じ地域に住むが、行動や生活様式の違いによって隔離されている。

• 自然選択を、変異 → 選択圧 → 適応度の高い個体の生存と繁殖 → アルレール頻度の変化という流れとして説明すること。
• ハーディ＝ヴァインベルグの式（$p+q=1$, $p^2+2pq+q^2=1$）を使用すること。$q^2$ は劣性形質の頻度であり、よく出題される計算である。
• 安定化選択、定向選択、分裂選択の違いを、それぞれ具体例を挙げて説明せよ。
• 異所的 vs 同所的種形成（地理的隔離と生殖的隔離の区別）。