遺伝子変異は進化にどのように関与していますか?

遺伝子変異は、生物の DNA 配列の変化です。 突然変異は、放射線などの高エネルギー源や環境中の化学物質によって引き起こされる可能性があります。 また、DNA複製中に自然発生することもあります。 これらの遺伝的変異は進化の基礎です。

1.遺伝子変異

遺伝子変異は通常、次の 2 つのタイプに分けられます。

  • 点突然変異
  • 染色体の突然変異。

点突然変異では、1 つの塩基対が変化します。 たとえば、ヒトゲノムには 31 億以上の塩基が含まれています DNA 細胞分裂が起こるためには、各塩基が正しくコピーされなければなりません。 間違いは、めったにありませんが、驚くほどよく起こります。 約 100 億塩基対ごとに 1 つが変化します。

最も一般的なタイプの突然変異は点置換です。 これに、欠失変異としても知られる 1 塩基の非コピー変異が続きます。 または、点コピー突然変異と呼ばれる、1 つの塩基に対して 2 つのコピーを作成する突然変異。 別のタイプの点変異は、挿入変異と呼ばれる新しい塩基の追加です。

染色体突然変異は、減数分裂 (性細胞で起こる減数分裂のプロセス) 中に発生する可能性がある大規模な突然変異です。

  • イベント間での不平等なハイブリダイゼーション
  • DNA組換え時のスリップ
  • 変位イベントの操作による。

これらのエラーが原因で、遺伝子や染色体全体が置き換えられたり、複製されたり、削除されたりする可能性があります。

変異は、さまざまな影響を与える可能性があります。 それらはしばしば有害になる可能性があります。 ただし、悪影響がほとんどまたはまったくない変異もあります。 また、非常にまれではありますが、DNA 配列の変化が生物にとって有益であることが判明することもあります。

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2. 遺伝子変異は遺伝しますか?

体細胞に発生し、次世代に引き継がれない突然変異は体細胞突然変異です。 配偶体または配偶体を生じさせる細胞で発生する突然変異は、子孫に影響を与え、成体にはまったく影響を与えない可能性があるため、特別です。 このような変化は、生殖に使用される細胞(生殖細胞)で発生し、時間の経過とともに変化が​​より多くなる機会を与えるため、生殖細胞変異と呼ばれます。

突然変異が子孫の表現型に有害な影響を与える場合、その突然変異は遺伝性疾患と呼ばれます。 一方、突然変異が子孫の適応度にプラスの影響を与える場合、それは適応と呼ばれます。 したがって、将来の世代の健康に影響を与えるすべての突然変異は、進化過程のエージェントです。

遺伝する遺伝子変異
遺伝子変異はすべて進化の要因です

3. 遺伝子変異は進化にどのように関与していますか?

進化とは、生物の個体群が世代を超えて変化するプロセスです。 これらの変化の根底にあるのは遺伝的変異です。 遺伝的変異は、遺伝子変異または遺伝子組換え (細胞が分裂する準備をするときに遺伝物質が再編成される通常のプロセス) から生じる可能性があります。 これらの変異は、しばしば遺伝子活性またはタンパク質機能を変化させ、生物に異なる形質を生み出す可能性があります.

形質が有益であり、個体の生存と繁殖に役立つ場合、遺伝的変異は次の世代に受け継がれる可能性が高くなります (自然選択として知られるプロセス)。 時間が経つにつれて、この特性を持つ個人の世代が繁殖し続けるにつれて、好ましい特性は集団内でますます一般的になり、その集団は先祖の集団とは異なります.

突然変異は進化に不可欠です。 最初は、すべての生物のすべての遺伝的形質は突然変異の結果です. 新しい遺伝的バリアント (対立遺伝子) は繁殖を通じて伝播し、差別的繁殖は進化の決定的な側面です。

簡単に言えば、生物がより効率的に採餌、成長、または繁殖できるようにする突然変異は、突然変異対立遺伝子を時間の経過とともにより豊富にすることができます. その後すぐに、その個体群は、適応を欠いた元の個体群とは生態学的および/または生理学的に完全に異なるものになる可能性があります。

有害な突然変異でさえ、正常な対立遺伝子を持っている可能性のある個体を排除することにより、特に小さな集団では進化上の変化を引き起こす可能性があります.

ほとんどの突然変異は遺伝子の単一点で発生し、1 つを変更する可能性があります。 タンパク質 シングルなので問題ないようです。 たとえば、遺伝子は、唾液腺や他のすべての脊椎動物の消化酵素の構造と有効性を制御します.

一見したところ、唾液中の酵素の変異が生存に影響を与える可能性はほとんどないかもしれません。 しかし、ヘビ毒の原因となっているのは唾液への小さな突然変異の蓄積であり、したがってヘビの進化の大部分を担っています。

一部の先祖代々のヘビの自然淘汰は、ますます攻撃的な特性を持つ酵素を支持してきましたが、突然変異自体はランダムであり、ヘビの異なるグループで異なる毒を生成します. ヘビ毒は、実際にはさまざまな効果を持つさまざまなタンパク質のカクテルであるため、種ごとに他の毒ヘビ科とは異なる混合物があります.

ウミヘビ、サンゴヘビ、コブラ (コブラ科) の祖先は神経系を攻撃する毒を発達させましたが、ウミヘビ (ガラガラヘビとコブラを含む) の毒は心臓血管系に作用します。 両方の家族には、祖先から毒の強さのわずかな利点を継承する多くの異なる種があり、突然変異が毒の多様性を蓄積し、種の多様性が時間とともに増加します.

多くの種の歴史は、小さな点突然変異の漸進的な蓄積によって影響を受けてきましたが、進化ははるかに速く機能する場合があります。 いくつかの種類の生物は、有性生殖の前に正しい減数分裂を受けなかった祖先を持っており、その結果、染色体のすべてのペアが完全に複製されます。 このようなプロセスは、北米の灰色のアマガエルで「インスタント仕様」イベントを生み出しました。

植物のゲノム サイズを 2 倍にした結果、多くの場合、非常に大きな種子や果実ができます。これは、顕花植物の場合に明確な利点を持つことができる特性です。 人間が食べる穀物のほとんどは、他の牧草に比べて非常に大きな種子を持っています。これは通常、小麦の祖先に発生したゲノムの重複によるものです。 そして現代の小麦は、生殖器に突然変異が起きており、それが後世に受け継がれています。

遺伝子変異
遺伝子変異のメカニズムは、DNA複製における誤ったペアリングによるものです

人間自身がこのプロセスを模倣し、個々の植物を人工的な選択によって最大の果実と種子と交配させ、現代の農作物の多くを生み出しました. チャールズ・ダーウィンとアルフレッド・ラッセル・ウォレスによって最初に説明された自然淘汰による進化のアイデアは、一部の個体はよりよく進化できるため、異なる生存を必要とします。 その身体性が遺伝的障害、毒唾液、またはより大きな子孫の影響を受けるかどうかにかかわらず、遺伝的変異は突然変異からのみ生じる. 原材料のランダムな遺伝的変化なしに進化することはまったく不可能です.

ただし、すべての突然変異が進化につながるわけではないことを理解する必要があります。 卵子または精子細胞で発生する遺伝子変異のみが、将来の世代に受け継がれ、進化に寄与する可能性があります。

いくつかの突然変異は人の生涯を通じて発生しますが、体の特定の細胞でのみ発生し、継承されないため、進化には寄与しません. さらに、多くの遺伝的変化は遺伝子やタンパク質の機能に影響を与えず、有用でも有害でもありません.

さらに、生物の個体群が生息する環境は、特性の選択に不可欠な要素です。 突然変異によって導入された違いのいくつかは、ある環境では生物が生き残るのに役立ちますが、別の環境では生き残れません. たとえば、特定の細菌に対する耐性は、その細菌によって攻撃された場合にのみ有益ですが、別の細菌によって攻撃された場合、突然変異は効果がありません.

4. 遺伝病の原因となる変異はなぜ存在するのですか?

では、遺伝病などの有害な形質が、自然淘汰によって排除されるのではなく、集団内に存続するのはなぜでしょうか? これにはいくつかの考えられる説明がありますが、多くの場合、答えは明確ではありません。

などのいくつかの条件については、 ハンチントン病 神経学的には、徴候や症状は人が子供を持つまで発生しないため、遺伝子変異は有害ではありますが受け継がれる可能性があります.

他の有害な形質に関しては、浸透度の低下と呼ばれる現象があり、病気に関連する突然変異を持つ一部の個人がその状態の徴候や症状を示さず、有害な遺伝子変異が将来の世代に受け継がれる可能性があります.

条件によっては、各細胞に遺伝子の 1 つの変異コピーがあると有益ですが、2 つの変異コピーがあると病気の原因となります。 この現象の最も研究されている例の 1 つは、 かま状赤血球症: 各細胞に HBB 遺伝子の 2 つの変異コピーがあると病気につながりますが、マラリアに対する耐性を提供するのは 1 つだけです。 この耐性は、鎌状赤血球症を引き起こす突然変異が、特にマラリアが一般的な地域で、多くの集団で依然として見られる理由を説明するのに役立ちます.

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参考文献:medlineplus.gov、nature.com