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Variation and selection · ⁨変異と自然選択⁩

IGCSE Biology · ⁨IGCSE 生物⁩ · Topic 18 · ⁨トピック 18⁩

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7:35

変異と自然選択

1800年頃、イギリスのペッパード・モース(カバガラガ)のほとんどは淡い色をしていた。50年後、煙に覆われた都市では、ほぼすべてが黒くなっていた。あるカバガラガ…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨英語ナレーション・英語+中文字幕 burning-in⁩

18.1

Variation · ⁨変異⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English
Core Supplement
1 Describe variation as differences between individuals of the same species
2 State that continuous variation results in a range of phenotypes between two extremes; examples include body length and body mass
3 State that discontinuous variation results in a limited number of phenotypes with no intermediates; examples include ABO blood groups, seed shape in peas and seed colour in peas
4 State that discontinuous variation is usually caused by genes only and continuous variation is caused by both genes and the environment
5 Investigate and describe examples of continuous and discontinuous variation
6 Describe mutation as genetic change 9 Describe gene mutation as a random change in the base sequence of DNA
7 State that mutation is the way in which new alleles are formed 10 State that mutation, meiosis, random mating and random fertilisation are sources of genetic variation in populations
8 State that ionising radiation and some chemicals increase the rate of mutation
日本語
コア サプリメント
1 変異とは、同一種の個体間の違いであることを説明する
2 連続的変異は2つの極端の間にある表現型の範囲をもたらすことを述べる;例として体長や体重がある
3 不連続的変異は中間形なく限られた数の表現型をもたらすことを述べる;例としてABO血液型、マメの種子形状、マメの種子色がある
4 不連続的変異は通常遺伝子のみによって引き起こされ、連続的変異は遺伝子と環境の両方によって引き起こされることを述べる
5 連続的変異および不連続的変異の例を調査・説明する
6 突然変異を遺伝的な変化として説明する 9 遺伝子突然変異とはDNA塩基配列のランダムな変化であることを述べる
7 突然変異が新しい対立遺伝子の形成方法であることを述べる 10 突然変異、減数分裂、ランダム交尾、ランダム受精が集団内の遺伝的多様性の源であることを述べる
8 イオン化放射線やある化学物質が突然変異の頻度を高めることを述べる

Source: Cambridge International syllabus · ⁨出典: Cambridge International シラバス⁩

English

Variation 变异 means the differences between individuals of the same species 物种. There are two types:

  • continuous variation 连续变异 — a smooth range of phenotypes 表现型 between two extremes (for example body length and body mass).
  • discontinuous variation 不连续变异 — a few separate phenotypes with nothing in between (for example ABO blood groups 血型, or seed shape in peas).

Discontinuous variation is usually caused by genes 基因 only. Continuous variation is caused by both genes and the environment 环境 — for example, your height depends on your genes and also on your diet.

Mutation

A mutation 突变 is a genetic change. Mutations are the way new alleles 等位基因 are made, so they are the original source of all variation. (Supplement) A gene mutation 基因突变 is a random change in the base sequence 碱基序列 of DNA.

Ionising radiation 电离辐射 (such as X-rays) and some chemicals raise the rate 速率 of mutation. (Supplement) Other sources of genetic variation are meiosis 减数分裂, random mating and random fertilisation 受精.

日本語
大勢の人々
人々は多くの遺伝的特徴において大きな変動を示す。

変動とは、同じ種内の個体間の違いを指す。2つのタイプがある:

  • 連続変動 — 2つの極端の間で滑らかな範囲の表現型(例えば、身長や体重)。
  • 不連続変動 — 間に什么都没有な少数の独立した表現型(例えば、ABO血液型やマメの種子形状)。

不連続変動は通常遺伝子のみによって生じる。連続変動は遺伝子と環境の両方によって生じる— 例えば、あなたの身長は遺伝子にも依存し、食事にも依存する。

2つのグラフ:連続変動は身長の滑らかな釣鐘型の曲線、不連続変動は血液型O, A, B, ABのための4つの別々の棒グラフ
連続変異は滑らかな範囲であり、不連続変異は別々のグループに分かれる

変異

変異は遺伝的な変化である。変異は新しい 対立遺伝子が生じる方法であり、すべての変動の元の源である。(補足) 遺伝子変異はDNAの塩基配列におけるランダムな変化である。

DNA塩基の変化が新しい対立遺伝子を作る
突然変異がDNA塩基を変化させ、新しい対立遺伝子を作る

イオン化放射線(X線など)や一部の化学物質は変異率を上げる。(補足) 遺伝的多様性の他の源は減数分裂、ランダム交尾、およびランダム受精である。

Explore · ⁨探索⁩

Variation lab · ⁨変異の観察実験⁩

Classify examples of variation by pattern and cause. · ⁨変異の例をパターンと原因に基づいて分類せよ。⁩

Vocabulary · ⁨語彙⁩ Train · ⁨練習する⁩
English 日本語
variation/ˌveərɪˈeɪʃn/ 変異
species/ˈspiːsiːz/ 種
continuous variation/kənˈtɪnjuːəs ˌveərɪˈeɪʃn/ 連続変異
phenotypes/ˈfenətaɪps/ 表現型
discontinuous variation/dɪskənˈtɪnjuːəs ˌveərɪˈeɪʃn/ 不連続変異
ABO blood groups/ˌeɪ biː ˈəʊ blʌd ɡruːps/ ABO血液型
genes/dʒiːnz/ 遺伝子
environment/enˈvaɪrənmənt/ 環境
mutation/mjuːˈteɪʃn/ 突然変異
alleles/əˈliːlz/ アレル
gene mutation/dʒiːn mjuːˈteɪʃn/ 遺伝子突然変異
base sequence/beɪs ˈsiːkwəns/ 塩基配列
ionising radiation/ˈaɪənaɪzɪŋ ˌreɪdɪˈeɪʃn/ 電離放射線
rate/reɪt/ 速度
meiosis/meɪˈəʊsɪs/ 減数分裂
fertilisation/ˌfɜːtɪlaɪˈzeɪʃn/ 受精
adaptive feature/əˈdæptɪv ˈfiːtʃə/ 適応形質
inherited/ɪnˈherɪtɪd/ 遺伝する
survive/səˈvaɪv/ 生存する
reproduce/rɪprəˈdjuːs/ 繁殖する
hydrophytes/ˈhaɪdrəfaɪts/ 水生植物
xerophytes/ˈzɪərəfaɪts/ 乾燥地植物
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18.2

Adaptive features · ⁨適応的特徴⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English
Core Supplement
1 Describe an adaptive feature as an inherited feature that helps an organism to survive and reproduce in its environment
2 Interpret images or other information about a species to describe its adaptive features
3 Explain the adaptive features of hydrophytes and xerophytes to their environments
日本語
コア サプリメント
1 適応的特徴とは、生物が環境内で生存し繁殖するために役立つ遺伝的に受け継がれた特徴であることを説明する
2 種に関する画像やその他の情報を解釈して、その適応的特徴を説明する
3 水生植物および乾燥耐性植物の適応的特徴について、それらがそれぞれの環境に適応している点を説明する

Source: Cambridge International syllabus · ⁨出典: Cambridge International シラバス⁩

English

An adaptive feature 适应特征 is an inherited 遗传 feature that helps an organism to survive 生存 and reproduce 生殖 in its environment.

(Supplement)

  • hydrophytes 水生植物 (water plants) have features such as air spaces to help them float, and stomata on the upper leaf surface.
  • xerophytes 旱生植物 (desert plants) have features such as a thick waxy cuticle, few small stomata, and the ability to store water — all to reduce water loss.
日本語

適応的特徴とは、生物が環境内で生存し繁殖するのに役立つ遺伝的特徴である。

砂丘と山脈を背景に裸の砂漠の地面に立つ一匹のラクダ
ラクダは砂漠生活に適応しており、背中に脂肪を蓄え、長期間水なしで生きられる

(補足)

  • 水生植物(水中植物)は浮くのを助ける気腔や、葉の上表面にある気孔などの特徴を持つ。
  • 乾燥耐性植物(砂漠植物)は厚いワックス層、少ない小さな気孔、水を蓄える能力などを持つ— これらはすべて水分蒸散を減らすためである。
Explore · ⁨探索⁩

Selection shapes adaptations · ⁨自然選択が適応を形作る⁩

On a dark, sooty tree the better-camouflaged moths survive and breed, so the population shifts — adaptive features arise by natural selection. · ⁨暗く煤けた樹木の上では、擬態に優れたガ mothが生存して繁殖し、集団が変化する — 自然選択によって適応的特徴が生じる。⁩

18.3

Natural selection · ⁨自然選択⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English
Core Supplement
1 Describe natural selection with reference to: (a) genetic variation within populations (b) production of many offspring (c) struggle for survival, including competition for resources (d) a greater chance of reproduction by individuals that are better adapted to the environment than others (e) these individuals pass on their alleles to the next generation 4 Describe adaptation as the process, resulting from natural selection, by which populations become more suited to their environment over many generations
5 Describe the development of strains of antibiotic resistant bacteria as an example of natural selection
2 Describe selective breeding with reference to: (a) selection by humans of individuals with desirable features (b) crossing these individuals to produce the next generation (c) selection of offspring showing the desirable features
3 Outline how selective breeding by artificial selection is carried out over many generations to improve crop plants and domesticated animals and apply this to given contexts 6 Outline the differences between natural and artificial selection
日本語
コア サプリメント
1 自然選択を以下に関連付けて説明する:(a) 集団内における遺伝的多様性 (b) 多数の子供の産生 (c) 生存競争、特に資源に対する競争を含む (d) 環境により良く適応した個体による繁殖の機会が増大すること (e) これらの個体が対立遺伝子を次世代へ伝えること 4 自然選択の結果として、集団が多世代にわたって環境により適合していくプロセスとして適応を説明する
5 抗生物質耐性菌の株の発達を自然選択の例として説明する
2 人工選択を以下に関連付けて説明する:(a) 人間による望ましい特徴を持つ個体の選抜 (b) これら個体を交配して次世代を生むこと (c) 望ましい特徴を示す子孫の選抜
3 人工選択による作物および家畜の改良が何世代にもわたってどのように行われるかを概説し、与えられた文脈に適用する 6 自然選択と人工選択の違いを概説する

Source: Cambridge International syllabus · ⁨出典: Cambridge International シラバス⁩

English
Natural selection: the peppered moth

Natural selection 自然选择 explains how a species becomes better suited to its environment:

  1. there is genetic variation in a population (caused by mutation).
  2. organisms produce many offspring 后代 — more than can survive.
  3. there is a struggle to survive, with competition 竞争 for resources 资源 such as food and space.
  4. the individuals that are better adapted 适应 are more likely to survive and reproduce.
  5. they pass on their alleles, so the helpful alleles become more common in the next generation.

(Supplement) Over many generations this makes the population more suited to its environment; this process is called adaptation. A clear example is antibiotic 抗生素-resistant bacteria 细菌: a few bacteria carry a resistant 耐药 allele and survive the antibiotic, then multiply, until the whole population is resistant.

Worked example. A moth species is mostly pale. Soot darkens the tree trunks the moths rest on, and within a few decades most of the moths are dark. Explain by natural selection. Variation is already there: a few dark moths exist by chance, caused by mutation. On sooty bark the dark moths are better camouflaged, so birds eat fewer of them and they are more likely to survive. The survivors reproduce and pass the allele for dark colour to their offspring, so it becomes more common each generation until most moths are dark. Follow the chain: variation, survival, reproduction, the allele becomes more common. The moths did not turn dark in order to hide - the dark ones simply survived more often.

日本語
自然選択:ハダカガの蛾

自然選択は、ある種が環境により適合するようになるプロセスを説明する:

  1. 集団内に遺伝的多様性がある(変異によって生じる)。
  2. 生物は多数の生殖細胞を生む— 生存できる数より多い。
  3. 生存の競争があり、食物や空間のような資源に対する競争がある。
  4. より良く適応した個体が生存し繁殖する可能性が高い。
  5. 彼らは対立遺伝子を伝えるため、有益な対立遺伝子が次の世代でより多くなる。
自然選択のフローチャート:集団内の変異、生存可能な数より多い後代、争いと競争、最も適応した個体の生存と繁殖、そして対立遺伝子の伝達
自然選択: 最も適応した個体が生存・繁殖し、対立遺伝子を後世に伝える
暗く、ほぼ黒い Peppered moth が淡い織り目のある表面に平らに翼を広げて留まっている写真
ススジガの暗色(メラーニク)型 — 煤で黒ずんだ樹皮で有利な型

(補足) 多くの世代にわたってこれにより、集団は環境により適合するようになり、このプロセスは適応と呼ばれる。明確な例は抗生物質耐性細菌である:いくつかの細菌は耐性対立遺伝子を持ち、抗生物質に耐えて生存し、増殖し、最終的に集団全体が耐性となる。

** worked example.** あるガの種は主に淡い色である。煤がガの留まる樹幹を暗くし、数十年のうちにほとんどのガが暗くなった。自然選択によって説明せよ。変異 は既に存在する:偶然に少数の暗いガが存在し、これは突然変異によって生じる。煤で汚れた樹皮では暗いガはより良いカモフラージュとなるため、鳥はそれらを fewer に食べ、それらは生存する確率が高くなる。生存者は繁殖し、暗い色の対立遺伝子を子孫に伝える。したがって、各世代でその頻度が増加し、最終的にほとんどのガが暗くなる。この連鎖を追う:変異、生存、繁殖、対立遺伝子の頻度が上昇する。ガは隠れるために暗くなったわけではない——単に暗い個体の方が多く生存しただけである。

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Natural selection · ⁨自然選択⁩

Individuals best suited to their environment survive and pass on their genes — so the population changes over time. · ⁨環境に最も適応した個体が生存し、遺伝子を後世に伝える — 結果として集団は時間とともに変化する。⁩

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Natural selection · ⁨自然選択⁩

Run the generations: birds eat the moths that stand out, so the camouflaged ones survive and breed — the population shifts to match the forest. · ⁨世代を重ねる:鳥が目立つ蛾を食べるため、擬態に優れた蛾が生存・繁殖し — 集団は森の色に合わせる。⁩

Vocabulary · ⁨語彙⁩ Train · ⁨練習する⁩
English 日本語
natural selection/ˈnætʃərəl sɪˈlekʃn/ 自然選択
many offspring/ˈmeni ˈɒfsprɪŋ/ 多数の子供
competition/ˌkɒmpəˈtɪʃn/ 競争
resources/rɪˈzɔːsɪz/ 資源
adapted/əˈdæptɪd/ 適応
antibiotic/ˌæntɪbaɪˈɒtɪk/ 抗生物質
bacteria/bækˈtɪərɪə/ 細菌
resistant/rɪˈzɪstənt/ 耐性
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18.3

Selective breeding · ⁨選抜育種⁩

English

In selective breeding 选择育种 (also called artificial selection 人工选择), humans choose which organisms breed:

  1. choose the individuals that have the features you want.
  2. cross them to produce the next generation.
  3. choose the offspring that show those features, and repeat over many generations.

This is used to improve crops 农作物 (for example a higher yield) and farm animals (for example cows that give more milk).

(Supplement) The key difference: in natural selection the environment decides which individuals survive; in artificial selection humans decide.

日本語

選抜育種(または人工選択)において、人間はどの生物を繁殖させるかを選択する:

  1. 目的とする特徴を持つ個体を選ぶ。
  2. 交配させて次の世代を生む。
  3. その特徴を示す子来选择を選び、何世代にもわたって繰り返す。
選抜育種のフローチャート:望む特徴を持つ親を選び、繁殖させ、最も優れた子来选择を選び、改良された作物や家畜を得るために何世代にもわたって繰り返す
選抜育種では、人間が何世代にわたってどの生物を交配させるかを選ぶ

これは作物(例:収量向上)や家畜(例:乳量の多い牛)の改良に用いられる。

(補足) 主な違い:自然選択では環境がどの個体が生存するかを決めるのに対し、人工選択では人間が決める。

黒と白の乳牛の群れが厩舎内にいる写真、すべて同じ品種
乳牛:乳収量を目的とした選抜育種の世代
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Selective breeding · ⁨品種改良⁩

Humans choose which organisms breed, to develop a useful feature over many generations. · ⁨人間は有用な特徴を長期間かけて育つよう、どの個体を繁殖させるかを意図的に選ぶ。⁩

Vocabulary · ⁨語彙⁩ Train · ⁨練習する⁩
English 日本語
selective breeding/sɪˈlektɪv ˈbriːdɪŋ/ 選抜育種
artificial selection/ˌɑːtɪˈfɪʃl sɪˈlekʃn/ 人工選択
crops/krɒps/ 作物
18.3

Exam tips · ⁨試験対策⁩

English
  • Continuous variation = a range (genes + environment); discontinuous = separate groups (genes only).
  • Mutation makes new alleles — the source of all variation. Radiation and some chemicals raise the mutation rate.
  • Natural selection: variation → too many offspring → struggle and competition → the best-adapted survive and reproduce → they pass on their alleles.
  • Antibiotic resistance in bacteria is natural selection in action.
  • Selective breeding (artificial selection): humans pick the parents; in natural selection, the environment "picks".
日本語
  • 連続的変異=範囲(遺伝子+環境)、不連続変異=別々のグループ(遺伝子のみ)。
  • 突然変異は新たな対立遺伝子を生み出し、すべての変異の源である。放射線や特定の化学物質は突然変異率を上昇させる。
  • 自然選択:変異 → 過剰な産仔数 → 闘争と競争 → 最も適応した個体が生存・繁殖 → 対立遺伝子が伝達される。
  • バクテリアの抗生物質耐性は、自然選択の実際の作用である。
  • 選抜育種(人工選択):人間が親を選ぶ;自然選択では環境が「選ぶ」。

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