進化の紹介
01/10進化とは？
写真ブライアン・ダン/シャッターストック。
進化とは時代の変化です。 この広い定義では、進化とは、山の隆起、川床の移動、新しい種の創造など、時間の経過とともに発生するさまざまな変化を指すことができます。地球上の生命の歴史を理解するには 経時変化 私たちは話している。そこで用語です 生物の進化 入って来る。
生物進化とは、生物の中で起こる時間の経過に伴う変化を指します。 生物の進化、つまり生物が時間の経過とともにどのように、なぜ変化するかを理解することで、地球上の生命の歴史を理解することができます。
生物学的進化を理解する鍵は、として知られている概念にあります。 変更を伴う降下 . 生物は世代から世代へとその形質を受け継いでいます。子孫は、両親から一連の遺伝的設計図を継承します。しかし、これらの設計図は、ある世代から次の世代に正確にコピーされることはありません。世代を経るごとに小さな変化が起こり、それらの変化が蓄積するにつれて、生物は時間の経過とともにますます変化します.改変を伴う降下は、時間の経過とともに生物の形を変え、生物学的進化が起こります。
地球上のすべての生命は、共通の祖先を共有しています。 生物学的進化に関するもう 1 つの重要な概念は、地球上のすべての生命は共通の祖先を共有しているということです。これは、地球上のすべての生物が単一の生物の子孫であることを意味します。科学者たちは、この共通の祖先は 35 億年から 38 億年前に生きていたと推定しており、理論的には地球に生息したすべての生物はこの祖先にまでさかのぼることができると考えています。共通の祖先を共有することの意味は非常に注目に値し、人間、アオウミガメ、チンパンジー、オオカバマダラ、サトウカエデ、パラソル マッシュルーム、シロナガスクジラなど、私たち全員がいとこであることを意味します。
生物学的進化はさまざまなスケールで発生します。 進化が発生するスケールは、大まかに、小規模な生物学的進化と大規模な生物学的進化の 2 つのカテゴリに分類できます。小進化としてよく知られている小規模な生物学的進化は、ある世代から次の世代へと変化する生物集団内の遺伝子頻度の変化です。一般にマクロ進化と呼ばれる大規模な生物学的進化は、 種族 共通の祖先から何世代にもわたる子孫の種へ。
02/10地球上の生命の歴史
ジュラシック・コーストの世界遺産。 写真リー Pengelly Silverscene 写真/ゲッティ イメージズ。
地球上の生命は、35 億年以上前に共通の祖先が最初に出現して以来、さまざまな速度で変化してきました。 起こった変化をよりよく理解するには、地球上の生命の歴史におけるマイルストーンを探すのに役立ちます。過去と現在の生物が地球の歴史を通じてどのように進化し、多様化してきたかを把握することで、今日私たちを取り巻く動物や野生生物をよりよく理解することができます.
最初の生命は 35 億年以上前に進化しました。 科学者たちは、地球の年齢は約 45 億歳であると推定しています。地球が形成されてから最初の 10 億年近くの間、この惑星は生命を寄せ付けないものでした。しかし、約 38 億年前までに、地球の地殻は冷却され、海が形成され、条件が生命の形成により適したものになりました。 38 億年から 35 億年前に地球の広大な海洋に存在する単純な分子から形成された最初の生物。この原始的な生命体は、共通の祖先として知られています。共通の祖先とは、地球上のすべての生命が生きているか絶滅したかの元になった有機体です。
約 30 億年前に光合成が起こり、大気中に酸素が蓄積し始めました。 シアノ バクテリアとして知られる生物の一種は、約 30 億年前に進化しました。シアノ バクテリアは、太陽からのエネルギーを使用して二酸化炭素を有機化合物に変換するプロセスである光合成が可能であり、独自の食物を作ることができます。光合成の副産物は酸素であり、シアノバクテリアが存続するにつれて、酸素が大気中に蓄積されました。
有性生殖は約 12 億年前に進化し、進化のペースが急速に加速しました。 有性生殖、またはセックスは、子孫生物を生み出すために、2 つの親生物の形質を組み合わせて混合する生殖方法です。子孫は両方の親から形質を継承します。これは、セックスが遺伝的変異の創造をもたらし、生物に時間の経過とともに変化する方法を提供することを意味します。それは生物学的進化の手段を提供します.
の カンブリア爆発 5億7000万から5億3000万年前の、現代の動物のほとんどのグループが進化した時期を表す用語です。 カンブリア爆発とは、私たちの惑星の歴史において前例のない、卓越した進化の革新の時期を指します。カンブリア爆発の間、初期の生物は多くの異なる、より複雑な形態に進化しました。この期間に、今日存続している基本的な動物の体の設計図のほぼすべてが形成されました。
としても知られる最初の背骨のある動物 脊椎動物 、約5億2500万年前に進化しました カンブリア紀 . 知られている最古の脊椎動物は、軟骨でできた頭蓋骨と骨格を持っていたと考えられているミロクンミンギアであると考えられています。今日、地球上で知られているすべての種の約 3% を占める約 57,000 種の脊椎動物がいます。今日生きている種の残りの 97% は無脊椎動物であり、海綿動物、刺胞動物、扁形動物、軟体動物、節足動物、昆虫、セグメント化されたワーム、棘皮動物、および他の多くのあまり知られていない動物グループなどの動物グループに属しています。
最初の陸上脊椎動物は約 3 億 6000 万年前に進化しました。 約 3 億 6000 万年前までは、陸生生息地に生息する生物は植物と無脊椎動物だけでした。その後、ローブフィン魚として知られている魚のグループが、必要な適応を進化させました。 水から陸への移行を行う .
3 億年から 1 億 5000 万年前に、最初の陸上脊椎動物が爬虫類を生み出し、それが鳥類や哺乳類を生み出しました。 最初の陸上脊椎動物は水陸両生でしたテトラポッドしばらくの間、彼らが出現した水生生息地との密接な関係を維持していました。進化の過程で、初期の陸上脊椎動物は適応を進化させ、より自由に陸上で生活できるようにしました。そのような適応の 1 つは、 羊膜卵 .今日、爬虫類、鳥類、哺乳類を含む動物グループは、これらの初期の羊膜生物の子孫を表しています。
ホモ属が初めて登場したのは約250万年前。 人間は進化の段階では比較的新しい人です。人類がチンパンジーから分岐したのは約700万年前。約250万年前、ホモ属の最初のメンバーが進化し、 器用な男 .私たちの種、 賢い人 約50万年前に進化。
03/10化石と化石記録
写真 Digital94086 / iStockphoto.
化石は遠い過去に生きていた生物の残骸です。 標本が化石と見なされるには、指定された最低年齢 (多くの場合、10,000 年以上と指定される) に達している必要があります。
一緒に、すべての化石は、それらが発見された岩石や堆積物との関連で考えると、化石記録と呼ばれるものを形成します。 化石記録は、地球上の生命の進化を理解するための基礎を提供します。化石の記録は、過去の生物を説明するための生データ (証拠) を提供します。科学者は、化石記録を使用して、現在と過去の生物がどのように進化し、相互に関係しているかを説明する理論を構築しています。しかし、それらの理論は人間の構築物であり、遠い過去に何が起こったかを説明する提案された物語であり、化石の証拠と一致する必要があります.現在の科学的理解に適合しない化石が発見された場合、科学者は化石とその系統の解釈を再考しなければなりません。サイエンス ライターのヘンリー ジーは次のように述べています。
人々が化石を発見すると、その化石が進化や過去生について何を教えてくれるかについて大きな期待を抱く.しかし、化石は実際には何も教えてくれません。彼らは完全に無言です。化石が最も多いのは、「ここにいます」という感嘆符です。それに対処してください。 ～ヘンリー・ジー
化石化は、生命の歴史の中でまれな出来事です。 ほとんどの動物は死んで痕跡を残しません。彼らの遺体は、死後すぐに掃除されるか、すぐに分解されます。しかし、時折、動物の遺体が特別な状況下で保存され、化石が生成されます。水生環境は陸上環境よりも化石化に有利な条件を提供するため、ほとんどの化石は淡水または海洋堆積物に保存されます。
化石は、進化に関する貴重な情報を私たちに伝えるために、地質学的背景を必要とします。 化石がその地質学的文脈から取り出された場合、先史時代の生物の保存された残骸があるが、それがどの岩石から取り除かれたかわからない場合、その化石についてほとんど価値がありません.
04/10変更を伴う降下
ダーウィンのノートの 1 つのページで、変更を伴う家系の分岐システムに関する彼の最初の暫定的なアイデアを示しています。 パブリック ドメインの写真。
生物学的進化は、変更を伴う降下として定義されます。変更を伴う子孫とは、親生物から子孫への形質の伝達を指します。この形質の受け渡しは遺伝として知られており、遺伝の基本単位は遺伝子です。 遺伝子は、生物の考えられるあらゆる側面 (成長、発達、行動、外見、生理学、生殖) に関する情報を保持しています。遺伝子は生物の設計図であり、これらの設計図は世代ごとに親から子孫に受け継がれます。
遺伝子の伝達は常に正確であるとは限らず、設計図の一部が誤ってコピーされたり、有性生殖を行う生物の場合、一方の親の遺伝子が別の親生物の遺伝子と組み合わされたりすることがあります。自分の環境により適した個人は、自分の環境にあまり適していない個人よりも、自分の遺伝子を次の世代に伝える可能性が高い.このため、生物集団に存在する遺伝子は、自然淘汰、突然変異、遺伝的浮動、移動などのさまざまな力により、常に流動的です。時間が経つにつれて、集団内の遺伝子頻度が変化し、進化が起こります。
変更を伴う降下がどのように機能するかを明確にするのに役立つことが多い 3 つの基本概念があります。これらの概念は次のとおりです。
- 遺伝子が変異する
- 個人が選ばれる
- 人口は進化する
このように、変化が起こっているレベルには、遺伝子レベル、個人レベル、集団レベルなど、さまざまなレベルがあります。遺伝子や個体は進化せず、集団だけが進化することを理解することが重要です。しかし、遺伝子は変異し、それらの変異はしばしば個人に影響を及ぼします。異なる遺伝子を持つ個体が選択され、賛成または反対され、その結果、集団は時間とともに変化し、進化します。
05/10系統学と系統学
ダーウィンにとって、木のイメージは、既存の形から新しい種が芽を出すことを想像する方法として存続しました。 写真Raimund Linke /ゲッティイメージズ。
「つぼみが成長によって新鮮なつぼみを生み出すように...」 ~ チャールズ・ダーウィン 1837年、チャールス・ダーウィン彼はノートの 1 つに簡単な樹形図をスケッチし、その横に暫定的な言葉を書きました。 おもう .その時点から、ダーウィンにとって木のイメージは、既存の形態から新しい種が芽生えることを想像する方法として存続しました。彼は後に書いた 種の起源について :
「つぼみが成長によって新しいつぼみを生みだし、これらが元気であれば枝分かれし、多くの弱々しい枝が四方八方に突き出るように、世代ごとに、それは偉大な生命の樹と共にあったと私は信じています。壊れた枝は地球の地殻を覆い、絶え間なく枝分かれした美しい分枝で表面を覆っています。 ~ チャールズ・ダーウィン、第 IV 章より。の自然淘汰 種の起源について
今日、樹木図は、科学者が生物群間の関係を描写するための強力なツールとして定着しています。その結果、独自の専門語彙を持つ科学全体がそれらを中心に発展しました。ここでは、系統発生学としても知られる進化ツリーを取り巻く科学を見ていきます。
系統発生学は、過去および現在の生物間の進化的関係および系統のパターンに関する仮説を構築および評価する科学です。 系統発生学により、科学者は科学的方法を適用して進化の研究を導き、収集した証拠の解釈を支援することができます。生物のいくつかのグループの祖先を解決するために取り組んでいる科学者は、グループが互いに関連している可能性があるさまざまな代替方法を評価しています。このような評価は、化石記録、DNA 研究、形態学など、さまざまな情報源からの証拠に目を向けます。したがって、系統発生学は科学者に、生物の進化的関係に基づいて生物を分類する方法を提供します。
系統発生は、生物群の進化の歴史です。 系統発生は、生物のグループが経験する進化的変化の時間的順序を説明する「家族の歴史」です。系統発生は、それらの生物間の進化的関係を明らかにし、それに基づいています。
系統発生は、多くの場合、クラドグラムと呼ばれる図を使用して表されます。 クラドグラムは、生物の系統がどのように相互接続されているか、それらが歴史を通じてどのように分岐および再分岐し、祖先の形態からより現代的な形態に進化したかを明らかにするツリー図です。クラドグラムは、祖先と子孫の間の関係を表し、系統に沿って発達した形質の順序を示します。
クラドグラムは、系図研究で使用される家系図に表面的に似ていますが、1 つの基本的な点で家系図とは異なります。 種族 —生物の。
06/10進化の過程
生物学的進化が起こる 4 つの基本的なメカニズムがあります。これらには、突然変異、移動、遺伝的ドリフト、および自然選択が含まれます。 シジャント/ゲッティイメージズによるフォトフォトワーク。
生物学的進化が起こる 4 つの基本的なメカニズムがあります。これらには、突然変異、移動、遺伝的ドリフト、および自然選択が含まれます。 これらの 4 つのメカニズムのそれぞれは、集団内の遺伝子の頻度を変更することができ、その結果、それらはすべて変更を加えて子孫を駆動することができます。
メカニズム 1: 突然変異。 突然変異は、細胞のゲノムの DNA 配列の変化です。突然変異は、生物にさまざまな影響を与える可能性があります。影響がない場合もあれば、有益な効果がある場合もあれば、有害な影響がある場合もあります。しかし、心に留めておくべき重要なことは、突然変異はランダムであり、生物のニーズとは無関係に発生するということです.突然変異の発生は、その突然変異が生物にとってどれほど有用であるか有害であるかとは無関係です。進化の観点からは、すべての突然変異が問題になるわけではありません。そうするのは、子孫に受け継がれる突然変異、つまり遺伝する突然変異です。遺伝しない突然変異は、体細胞突然変異と呼ばれます。
メカニズム 2: 移行。 遺伝子流動とも呼ばれる移動は、種の亜集団間の遺伝子の移動です。自然界では、種は多くの場合、複数の局所的な亜集団に分けられます。各亜集団内の個体は通常ランダムに交尾しますが、地理的な距離やその他の生態学的障壁のために、他の亜集団の個体と交尾する頻度は低くなる可能性があります。
異なる亜集団の個体がある亜集団から別の亜集団に容易に移動する場合、遺伝子は亜集団間を自由に流れ、遺伝的に類似したままになります。しかし、異なる亜集団の個体が亜集団間を移動するのが困難な場合、遺伝子の流れは制限されます。これは、亜集団で遺伝的にかなり異なるものになる可能性があります。
メカニズム 3: 遺伝的ドリフト。 遺伝的ドリフトは、集団内の遺伝子頻度のランダムな変動です。遺伝的浮動は、自然淘汰、移動、突然変異などの他のメカニズムではなく、偶然の偶然の発生によってのみ引き起こされる変化に関係しています。遺伝的浮動は、遺伝的多様性を維持するための個体が少ないために遺伝的多様性が失われる可能性が高い小さな集団で最も重要です。
遺伝的浮動は、自然選択やその他の進化過程を考えるときに概念的な問題を引き起こすため、物議を醸しています。遺伝的浮動は純粋にランダムなプロセスであり、自然選択はランダムではないため、自然選択がいつ進化的変化を引き起こし、いつその変化が単にランダムなのかを科学者が特定することは困難です.
メカニズム 4: 自然選択。 自然選択は、集団内の遺伝的に多様な個体の差別的繁殖であり、その結果、適応度がより高い個体が、適応度の低い個体よりも次世代により多くの子孫を残します。
07/10自然な選択
生きている動物の目は、その進化の歴史についてのヒントを提供します。 写真Syagci / iStockphoto。
1858年、チャールス・ダーウィンそしてアルフレッド・ラッセル・ウォレスは、生物学的進化が起こるメカニズムを提供する自然淘汰の理論を詳述した論文を発表しました。 2 人の自然主義者は自然淘汰について同様の考えを発展させましたが、ダーウィンは理論を裏付けるために膨大な量の証拠を収集し、編纂するのに何年も費やしたため、理論の主要なアーキテクトであると考えられています。 1859 年、ダーウィンは自然淘汰の理論を詳細に説明した著書を発表しました。 種の起源について .
自然淘汰は、個体群の有益な変異が保存される傾向にあり、不利な変異が失われる傾向にある手段です。 自然選択の理論の背後にある重要な概念の 1 つは、個体群内に変動があるということです。その変化の結果として、環境により適している人もいれば、あまり適していない人もいます。人口のメンバーは有限の資源をめぐって競争しなければならないため、環境により適したものは、それほど適していないものを打ち負かします.自伝の中で、ダーウィンはこの概念をどのように思いついたかについて次のように書いています。
1838 年 10 月、つまり体系的な調査を開始してから 15 か月後、たまたまマルサスの『人口論』を読んで面白がり、習慣の長期にわたる継続的な観察からあらゆる場所で行われている生存のための闘争を十分に理解する準備ができていました。動物や植物の場合、このような状況下では、好ましいバリエーションが保存され、好ましくないバリエーションが破壊される傾向があることにすぐに気がつきました。 ~ チャールズ・ダーウィン、1876 年の自伝より。
自然選択は、5 つの基本的な仮定を含む比較的単純な理論です。 自然選択の理論は、それが依存する基本原則を特定することによって、よりよく理解できます。これらの原則または仮定には、次のものが含まれます。
自然淘汰の結果、集団内の遺伝子頻度が時間の経過とともに変化します。つまり、より好ましい特性を持つ個人が集団内でより一般的になり、あまり好ましくない特性を持つ個人が少なくなります。
08/10性的選択
自然淘汰は生存競争の結果ですが、性淘汰は繁殖競争の結果です。 写真エロマズ/ゲッティイメージズ。
性的選択は、配偶者へのアクセスを引き付けたり獲得したりすることに関連する特性に作用する一種の自然選択です。 自然淘汰は生存競争の結果ですが、性淘汰は繁殖競争の結果です。性選択の結果、動物は生存の可能性を高めるのではなく、繁殖の可能性を高める目的で特徴を進化させます。
性選択には次の 2 種類があります。
性的選択は、個体の生殖の可能性を高めるにもかかわらず、実際には生存の可能性を減少させる特性を生み出す可能性があります.オスの枢機卿の鮮やかな色の羽やヘラジカのかさばる角は、両方の動物を捕食者に対してより脆弱にする可能性があります.さらに、個々の個体が角を成長させたり、競争相手を特大サイズにするために体重を増やしたりすることに専念するエネルギーは、動物の生存の可能性に打撃を与える可能性があります.
09/10共進化
顕花植物とその花粉媒介者との関係は、共進化関係の古典的な例を提供できます。 写真提供：シャッターストック。
共進化とは、生物の 2 つ以上のグループが互いに反応して一緒に進化することです。 共進化関係では、生物の個々のグループが経験する変化は、その関係にある他の生物グループによって何らかの形で形作られたり、影響を受けたりします。
顕花植物とその花粉媒介者との関係は、共進化関係の古典的な例を提供できます。顕花植物は、花粉媒介者に依存して個々の植物間で花粉を輸送し、他家受粉を可能にします。
10/10種とは？
ここに示されているのは、雄と雌の 2 頭のライガーです。ライガーは、メスのトラとオスのライオンの交配によって生まれた子孫です。大型のネコ科の種がこのように雑種の子孫を生み出す能力は、種の定義をあいまいにします。 写真ハンディ/ウィキペディア。
種という用語は、自然界に存在し、通常の条件下で交配して繁殖力のある子孫を生み出すことができる個々の生物のグループとして定義できます。 この定義によれば、種は自然条件下で存在する最大の遺伝子プールです。したがって、生物のペアが自然界で子孫を生み出すことができる場合、それらは同じ種に属しているに違いありません。残念ながら、実際には、この定義はあいまいさに悩まされています。まず、この定義は、無性生殖が可能な生物 (多くの種類の細菌など) には関係ありません。種の定義が 2 つの個体が交配できることを要求する場合、交配しない生物はその定義の範囲外です。
種という用語を定義する際に生じるもう 1 つの問題は、一部の種はハイブリッドを形成できるということです。たとえば、大型のネコ科動物の多くは交配することができます。メスのライオンとオスのトラを交配すると、ライガーが生まれます。オスのジャガーとメスのライオンを交配すると、ジャグリオンが生まれます。パンサー種の中には他にも多くの交配が考えられますが、そのような交配は非常にまれであるか、自然界ではまったく発生しないため、それらは単一の種のすべてのメンバーであるとは見なされません.
種は、種分化と呼ばれるプロセスを通じて形成されます。種分化は、単一の系統が 2 つ以上の別々の種に分かれるときに発生します。新しい種は、地理的な隔離や集団のメンバー間の遺伝子流動の減少など、いくつかの潜在的な原因の結果として、このように形成される可能性があります。
分類の文脈で考えると、種という用語は、主要な分類ランクの階層内で最も洗練されたレベルを指します（ただし、種がさらに亜種に分割される場合があることに注意してください）。