【大学入試】生物～目次～
生物基礎
1.生物の特徴
2.遺伝子とその働き
3.ヒトのからだの調節
4.植生と遷移
5.生態系とその保全
生物
6.生物の進化 ⇒現在はここのページ
7.生物の系統と進化
8.細胞と分子
9.代謝
10.遺伝情報とその発現
11.遺伝子の発現調節と発生
12.遺伝子を扱う技術とその応用
13.動物の反応と行動
14.植物の成長と環境応答
15.生態系のしくみ
生物《生物の進化》重要語句と典型問題まとめ・総チェック
生物の起源と生物界の変遷
生物の共通性と多様性
生物には共通の祖先がいたことから、生物には共通する性質が存在する。
・すべての生物は細胞でできている
・ATPを介してエネルギーのやり取りが行われる（代謝）
・遺伝子としてDNAを利用
・自己複製能力（自分と同じ仲間を増やす能力）をもっている。
・内部の安定が保たれている（恒常性）
生物の出現（化学進化）
＊地球上で生命が出現する前の話
物質の進化、つまり無機物から有機物が合成された過程をさす。
＊この後、有機物から生命が誕生していく。
原始地球（生物がおらず無機物だけだった時代）から考えると、どうやって生物（有機物）が誕生したのか？
無機物（メタン、硫化水素、アンモニア）からスタート
海底の熱水噴出孔などで，雷や紫外線，熱などのエネルギーによって、無機物から有機物が生まれる。
⇒単純な有機物（アミノ酸、単糖類）
⇒複雑な有機物（ペプチド、核酸（DNA, RNA）、多糖類、脂質）
⇒始原生物の誕生
・《自己複製が可能な有機物》が膜で隔離されている。
・内部で化学反応（代謝）が起こっている。
・自己複製（自分と同じ仲間を増やす）を行うことができる。
最初に出現した生物のタイプ
【生物】最初に出現した生物のタイプ
初期の生物として、説が分かれるが、以下３つのタイプからスタートしたと考えられている。
①化学進化で蓄積した有機物を取り込んで利用する従属栄養生物タイプ
例 嫌気性細菌
＊「嫌気性」とは、酸素を必要としない、という意味。
②化学エネルギーを利用して有機物を合成する独立栄養生物タイプ
例 化学合成細菌
③光エネルギーを利用して有機物を合成する独立栄養生物タイプ
例 光合成細菌（非酸素発生型の光合成）
これらの生物の出現から数億年で、３つのタイプがすべて出現したと考えられる。
シアノバクテリアの出現（光合成の進化）
初期の生物の光合成は、非酸素発生型の光合成だった。
もし、酸素発生型の光合成が誕生すると、今後の生物の進化に大きな影響を与えることになる。
まずは、初期の生物である、光合成細菌の光合成について
無機物である硫化水素（H2S）と二酸化炭素から、有機物と硫黄が発生（酸素は発生しない）
例 緑色硫黄細菌
6CO2 + 12H2 S → C6 H12 O6 + 6H2 O + 12S
次に、約 27億年前に出現したシアノバクテリアによる光合成
＊シアノバクテリアの死骸などが固まったものを、ストロマトライト（英: stromatolite）とよぶ。
二酸化炭素と水という無機物から、有機物と酸素が発生
この酸素発生によって、地球の酸素濃度が上昇し，その後の生物の進化に大きな影響を与えた。
6CO2 + 12H2 O → C6 H12 O6 + 6H2 O + 6O2
酸素が発生すると地球はどうなったか？
海水中の鉄イオンが、酸化鉄として沈殿・析出し、酸化鉄の層（縞状鉄鉱層）が形成
嫌気性細菌（酸素を必要としない細菌）ではなく、好気性細菌が出現する
真核生物の出現
無機物しか存在しない地球
⇒化学進化により、有機物が発生
⇒有機物が膜で覆われ、原始生物の誕生
⇒シアノバクテリアによって酸素が発生
⇒酸素を使う好気性細菌が誕生
⇒真核生物の誕生（およそ20億年前）
★真核生物とは
細胞に核を持つ生物をさす。
真核生物は、４種類（植物、動物、菌、原生生物）に分かれる。
＊菌の例 キノコ、カビ、粘菌、酵母菌
＊原生生物の例 藻類、ゾウリムシ、アメーバ
細胞に核を持たない生物をさす。
例 大腸菌、乳酸菌、細菌｛シアノバクテリア（ネンジュモ、ユレモ、アナバナ）｝、好熱菌、メタン生成菌
原核生物の細胞には、細胞膜、細胞質基質、細胞壁が見られるが、細胞小器官（核、ミトコンドリア、葉緑体、液胞など）は見られない。
★真核細胞にだけ見られる細胞小器官について
細胞小器官とは
ミトコンドリア、葉緑体など、細胞の内部で特に分化した形態や機能を持つ構造の総称のこと。
特に二重膜構造を持つ細胞小器官３つについて
核：染色体（DNAとタンパク質ができている）が含まれている。
ミトコンドリア：呼吸を行う場。独自のDNAを持つ。
葉緑体：光合成の場。クロロフィルという緑色の色素。独自のDNAを持つ。
ミトコンドリアと、葉緑体について
マーグリスによる細胞内共生説
ミトコンドリアと葉緑体は、内外異質の2重膜であること、独自のDNAを持つことから、宿主となる細胞とは、もともと違う生物だった。
原核細胞＋シアノバクテリア⇒葉緑体
原核細胞＋好気性細菌⇒ミトコンドリア
葉緑体は植物だけしか見られず、ミトコンドリアは植物にも動物にも見られることから、共通の祖先は、最初にミトコンドリアを獲得して、さらに葉緑体を獲得したものが植物、葉緑体を獲得せずに進化したものが動物と考えられる。
多細胞生物の出現（エディアカラ生物群）
およそ10億年前に，多細胞生物が出現したと考えられる。
初期の多細胞生物の化石として，オーストラリアで発見されたエディアカラ生物群が知られている。
エディアカラ生物群は軟体生物で、化石も残りにくい。
地球の誕生からここまで（5.4億年まで）の時代は先カンブリア時代と呼ぶ。
この後、外骨格を持った多細胞生物が出現し，多くの化石が残るようになる古生代という時代に入る。
古生代（5億4000万年前～2億5000万年前）
【生物】植物・動物の出現と繁栄まとめ
古生代に多細胞生物が多様化していった様子を、カンブリア紀の大爆発と呼ぶ。
代表的な化石群
バージェス動物群（カナダ）
チェンジャン動物群（中国）
＊三葉虫などの示準化石が発見される
古生代の初期に、オゾン層が形成
⇒DNAを破壊する紫外線から守られるようになり、生物の陸上進出が可能になった。
植物：シダ植物の出現 → 裸子植物の出現
動物：魚類の出現と繁栄 → 両生類の出現と繁栄 → 爬虫類の出現
＊時代の切り替えは、大量の絶滅がある。
中生代（2億5000万年前～6600万年前）
示準化石：アンモナイト
植物：裸子植物の繁栄 → 被子植物の出現
動物：爬虫類の繁栄 → 鳥類や哺乳類の出現
＊時代の切り替えは、大量の絶滅がある。
隕石の衝突によって恐竜類のほとんどが絶滅した。
新生代（6600万年前～現在2024年も進行中）
示準化石：大型哺乳類
植物：被子植物の繁栄
動物：鳥類や哺乳類の繁栄
新生代
古第三紀：哺乳類が多様化、霊長類（サルなど）が出現
新第三紀：化石人類（猿人、原人など）
第四紀：現生人類（新人）
遺伝子の変化と遺伝子の組み合わせの変化
遺伝子レベル（塩基レベル）での突然変異
【高校生物基礎】遺伝子の発現（セントラルドグマ、転写から翻訳の流れ）
★突然変異とは
DNA の塩基配列が何らかの要因（放射線(X 線)，紫外線など）によって、形質が変化することをさす。
DNA の塩基配列の変化（置換、挿入・欠失）によって※
→mRNA の塩基配列の変化し
→アミノ酸配列も変化し
→タンパク質のはたらきが変化して
→生物の形質の変化する
※挿入・欠失による塩基配列の変化を、フレームシフトと呼ぶ。
★一塩基多型(SNP)とは
同種の個体間でみられる，一塩基単位の違い。
例 ヒト
塩基配列の 99.9%が共通であるが，0.1%は異なる。塩基1000個に1個の違いである。
染色体レベルでの突然変異
ヒトゲノム
★染色体レベルの突然変異とは
染色体が、構造による変化や数による変化によって、発現する形質が変わってしまうことをさす。
★染色体の構造の変化
欠失:染色体の一部が失われる。
重複:染色体の一部が繰り返される。
転座:染色体の一部が別の染色体の一部につながる。
逆位:染色体の一部の領域の順番が入れ替わる。
【生物】染色体レベルの突然変異
★染色体の数の変化
倍数体と異数体がある。
★倍数体は、基本となるゲノムが体細胞で、３倍や４倍など多い場合をさす。
３倍体は２ｎ＝３ｘ、４倍体は２ｎ＝４ｘと表記。
例 ヒトの場合（２倍体） ２ｎ＝２Ｘ＝４６
例 ジャガイモ（４倍体） ２ｎ＝４Ｘ＝４８
＊３倍体は、ｎにしたとき（減数分裂）を考えると奇数なので、分離できず、生殖能力がない。生殖能力がないだけで、その個体は生きることはできる。
例 養殖の３倍体の魚 参考URL
「ｎ」は、体細胞を２ｎ、生殖細胞をｎと表す。
この場合、染色体の数は関係ない。
「ｘ」は、ゲノムを意味しており、基本となる１組の染色体の数を表している。
例 ヒトゲノム ｘ＝２３
ヒトは２倍体であり、
ヒトの体細胞は、２ｎ＝２Ｘ＝４６と表され、
ヒトの生殖細胞は、ｎ＝ｘ＝２３と表される。
★異数体は、染色体が数本違う場合をさす。２ｎ±α と表記。
例 ダウン症
ヒトは23×2セット＝46本の染色体を持つが、21番目の染色体だけ3セットになることで（計47本の染色体）ダウン症と呼ばれる形質が発現する。
減数分裂
【高校生物】減数分裂（母細胞の連続した２回の分裂により、１つの母細胞から４つの生殖細胞ができる）
母細胞の連続した２回の分裂により、１つの母細胞から４つの生殖細胞ができる分裂をさす。
★減数分裂第一分裂の前期
相同染色体が対合して，二価染色体が形成される。
このとき，染色体の一部が交換される乗換えが起こることがある。
乗換えによって染色体が交さしている部位は、キアズマとよばれる。
★DNA量の半減と、染色体の半減の違い
染色体の半減は、減数分裂第一分裂が終わった時点。
DNA量の半減は、減数分裂第二分裂が終わった時点。
★減数分裂と遺伝的多様性
ヒトの場合、染色体の本数は、父由来と母由来合わせて２ｎ＝４６本なので、
ｎ＝２３本が、父由来なのかor母由来なのかの２択をすることになり、
$ 2^{23} $ 通りの染色体の組み合わせが考えられる。
染色体と遺伝子
★染色体とは
DNAが線状になったもの
★遺伝子とは
染色体のうち特定の部分を遺伝子とよぶ。
＊ヒトの遺伝子は2万個存在。
★遺伝子の位置関係について
独立：対立遺伝子が異なる染色体上に存在
連鎖：対立遺伝子が同じ染色体上に存在
【高校生物】遺伝子に関するキーワードまとめ（遺伝子座、相同染色体、ホモ接合、ヘテロ接合、連鎖、独立）
★組換え価とは
連鎖している 2 つの遺伝子について，個体が形成した配偶子全体のなかで，組換えを 起こした配偶子の割合をさす。
計算式
組換え価
＝組換えを起こした配偶子の数 ÷ 全配偶子数 ×100
手順
①母細胞から減数分裂を考える。このとき、遺伝子の配置（遺伝子座）が独立か、連鎖なのかで違うのでチェック
②減数分裂した４つの娘細胞どうしの受精パターンを表にする
【高校生物】遺伝子の組み合わせ問題のコツ（独立、連鎖、組換え価）
進化のしくみ
進化とは
★進化とは
生物集団の遺伝子頻度が，世代を経るにつれて変化していく現象をさす。
遺伝子頻度とは、遺伝子プールにおける，ある対立遺伝子が占める割合をいう。遺伝子プールにおける遺伝子頻度の変化を進化と考えることができる。
★遺伝子頻度を詳しく（集団の遺伝的組成の話）
遺伝子頻度とは、集団を遺伝子の集まりと考え，その中での対立遺伝子のばらつきを示したもの。
＊遺伝子型頻度とは、集団を 2 倍体の集まり（父由来と母由来の２ｎの表現型の状態）と考え，その遺伝子型のばらつきを示したもの。
【高校生物】集団の遺伝的組成（遺伝子型頻度、遺伝子頻度、遺伝子プール）
進化のきっかけ
進化のきっかけは、突然変異や個体の移入による新しい対立遺伝子の出現することから始まる。
★変異とは
同種個体間にみられる形質の違いをさす。
環境変異と遺伝的変異の２種類ある。
環境変異：生育環境の違いが原因となる形質の違い。親から子に遺伝しない。
遺伝的変異：遺伝子に起こった変化が原因となる形質の違い。生殖細胞で生じた遺伝子の変化は，親から子に遺伝する。遺伝的変異は，突然変異によって生じる。
進化の種類
自然選択による適応進化
★自然選択とは
3 つの条件（①個体差（変異）がみられ、②それが親から子に遺伝し、③個体差に応じて，生存率や繁殖力に差が生じる）がそろう場合，生存や繁殖に有利な形質にかかわる対立遺伝子は集団内に広まり，不利な対立遺伝子は集団内から取り除かれていく現象をさす。
★適応進化とは
自然選択の結果として適応（生物の形質が生息している環境において生存や繁殖に有利な特性をもっていること）した形質が集団内に広まること。
★適応進化の３つの具体例（擬態、工業暗化、共進化、性選択）
擬態とは
動物が他の動物や周囲の物に似た色・形などをもつこと。
例 タコ
工業暗化とは
工業化にともなって、環境に適した個体（暗色型）が生き残り、その遺伝子が次世代に伝わることで集団の遺伝子プールにおける遺伝子頻度が変化した例。
例 オオシモフリエダシャク
共進化とは
双方の形質が連動して進化する現象のこと。
例 ツバキシギゾウムシの口器の長さと、ヤブツバキの果皮の厚さの関係
例 キサンパンスズメガのストローのような長い口と、アングレクム・セスキペダレの距（蜜がある場所）の関係
性選択とは
配偶行動における相互作用が自然選択の原因になる進化をさす。
例 トドの雄どうしの戦い
例 クジャクの雄の尾羽（羽のキレイなものほど生き残る。「羽のキレイさ」は直接的には生存率に影響しないが、配偶行動において有利に作用している。）
遺伝的浮動による中立進化
★中立的な突然変異とは
生存や繁殖に影響しない突然変異のこと。
★遺伝的浮動とは
偶然による遺伝子頻度の変化（偶然による進化）のこと。＊遺伝的浮動は小さい集団に対して，より強くはたらく。
例 びん首効果
集団のサイズが何らかの災害などで小さくなること（ビンの首であるネックがボトムより狭く細くなっていることから）で、遺伝子頻度が変化し、もとのサイズに戻るときには変化した遺伝子頻度になっていること。
★中立進化とは
遺伝的浮動によって起こる進化のこと。
＊中立進化によって広まった形質は，適応的であるとは限らない。
＊自然選択による適応進化に対する用語。
小進化、大進化、分子進化
★小進化
遺伝子頻度の変化などの小規模な進化現象のこと。
★大進化
新しい種の出現などの大規模な進化現象のこと。
★分子進化
突然変異によって起こる DNA の塩基配列やタンパク質のアミノ酸配列の変化などの分子レベルの変化のこと。
＊分子進化は、ささいな変化であることが多く、個体の生存に有利でも不利でもないことが多い。
例 DNAの塩基コドンの３番目が置換によって、変化する場合。コドンの３番目が変化しても同じアミノ酸を指定されることが多いので、「同義置換」といえる。
例 遺伝子のイントロン部分の変化の場合。イントロンとはそもそも遺伝情報がない部分をさし、この部分はスプライシング（排除）されてｍＲＮＡとなるので、そもそも翻訳されない。
【高校生物】イントロンとエキソン（イントロン部分が分子進化しても個体の生存に影響がない）
進化に関するキーワード
適応放散と収れん
★適応放散とは
生物がある共通祖先から、さまざまな環境に適応することで多様な種に分かれること。
例 相同器官
哺乳類⇒コウモリの翼、クジラのひれ、ヒトの腕
★収れんとは
起源の異なる種が，同様な環境で同じような自然選択を受けた結果，類似した形態をもつようになること。
例 相似器官
魚類のサメ、哺乳類のイルカ
昆虫のチョウチョの羽、鳥類の羽
ハーディ・ワインベルグの法則
★ハーディ・ワインベルグの法則とは
５つの条件の下で、世代を経ても遺伝子頻度が変化せず（進化が起こらず）、遺伝子頻度と遺伝子型頻度の間に特定の関係（2乗の展開公式と同じ）が保たれること。
条件（進化が起こらないこと）
① 集団のサイズが十分に大きい（遺伝的浮動の影響を無視できる）。
② 個体の生存力や繁殖力に差がない（自然選択がはたらかない）。
③ 個体の移入や移出などの遺伝子の流入・流出がない。
④ 突然変異が起こらない。
⑤ ランダムに交配が起こる。
＊実際の集団では，①～⑤の条件がすべて満たされることはないため，世代を経るごとに遺伝子頻度は変化する。
【高校生物】集団の遺伝的組成（ハーディ・ワインベルグの法則）
種とは
★種とは
生殖能力をもった次世代が生まれる生物集団をさす。
例 イノシシとブタは同じ種か？
イノシシとブタを交配させると、生殖能力を持ったイノブタが生まれてくるので、イノシシとブタは同じ種といえる。
例 ウマとロバは同じ種か？
ウマとロバを交配させると、生殖能力を持たないラバが生まれてくるので、ウマとロバは違う種といえる。
★異種交配
例 ウマとロバは種が違うので、異種交配の例といえる。
種分化
★種分化とは
1 つの種から複数の種が生じること。
種分化は、隔離や染色体の倍数化によって生じる。
★隔離とは
集団間で交配できなくなることを隔離という。
★地理的隔離とは
生物の集団が地理的な問題によって 2 つの集団に分断され，集団間で交配できなくなることをさす。
★生殖的隔離とは
生殖にかかわる形質について差（花を咲かせる時期や花粉の形など）が生じた結果，集団間で交配できなくなることをさす。
＊生殖的隔離が成立した 2つの集団は，それぞれ別の種となる。
★染色体の倍数化とは
減数分裂の異常によって、文字通り２倍になること、例えば、２ｎ＝１４だとすると、２ｎ＝２８となってしまうことをさす。
植物では，異種交配（交雑）によって生じた雑種において，本来は雑種の次世代が生まれないところ、染色体の倍数化が起こることで新しい種が生じる場合がある。
【高校生物】染色体の倍数化による種分化