生物学入門

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ふみななみこし
7 years ago
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1 第 3 章生物多様性を整理する地球上にはさまざまな生物が生息している現在記録されているだけで植物が約 41 万種動物が約 114 万種ありまだ発見されていない種を含めると地球上には 1 億種以上いるだろうといわれているしかしそもそも 150 万種あるというのはどうやって区別しているのであろうかこの章ではこの生物多様性 (Biodiversity) がどのように区別して認識され整理されているのかというお話をしよう我々が外界を見るときには漫然と見ていることはほとんどないどこに何があるかそれは机なのか椅子なのかあるいは鉛筆なのかを常に区別しながら見ているこの区別した情報をもとに書くために必要だからと手を伸ばして鉛筆を取る区別して認識しているのは何も人間だけではないネコでも餌と敵とは区別して餌に対しては捕獲行動をおこし敵に対しては逃走行動をとるそれは眼があるからだろうといわれそうだが眼がない無脊椎動物でも餌と餌でないものは区別しているたとえばヒドラは餌は触手で絡めとって口に運んで食べるが餌でないものは口に運ばないか吐き出してしまうこのように区別して認識するというのは生物に備わった生まれつきの性質なのであるおそらくヒトも最初は食べられるものと食べられないものを区別しさらに細かい区別をするようになっていったのであろう今泉 (1966) によるとパプアニューギニアに住む先住民の一族はその地域に棲む鳥を一まとめにして鳥 ( もちろん先住民の言葉で ) というのではなく 137 種類に区別して認識し固有の名前で呼んでいたこの数は 9 29

2 現在の分類学が区別した 138 種の鳥とほとんど同じでわずかに 1 種だけを他の種と混同していたに過ぎなかったという動物を見たとき直感的にこの動物とこの動物は似ていると判断できることが多いたとえばブルドックとセントバーナードを見たとき形態や風貌がかなり異なっているにもかかわらずイヌだと判断できるこれらのイヌをゾウやキリンあるいはリスと間違えることもないある程度生物学を学んでいるから, そんなことができるのかというと必ずしもそうではないようだまだ小さな子供が言葉を話せるようになってすぐにワンワンとニャーニャと言ってイヌとネコの区別ができるからであるもっとも人間からの距離が遠いと区別はあいまいになり多くの無脊椎動物はムシにまとめてしまうヒトが多いが地球上には多様性な生物が住んでいるがそれらを区別し似たもの同士でグループにまとめるというのはヒトが生まれつき持っている能力なのであるを実感するサイトへの入り口集 ) 1. リンネ以前人間との距離が近いとかなり詳しく区別できるが人間との距離が遠くなると多くの種類をまとめてしまう傾向がある人間の都合特にヒトにとって有用かどうかでこの距離感が決まるまた文化も大きく影響している多くの人は自分の生活には直接関係ない無脊椎動物のほとんどをムシとしてひとまとめにしてしまうだろうこのような距離感をもとに昔から生物をグループ分けしようと試みが行われてきたもっとも古いのはアリストテレスによる分類である 0 30

3 アリストテレスは大きく動物と植物に分け動物をさらに有血動物と無血動物に分けた有血動物は今で言う脊椎動物でこれを人類胎生四足類卵生四足類鳥類魚類にわけている無血動物のほうは軟体類軟殻類殻皮類有節類植物に近い動物雑 ( どこに入れたらいいかわからないもの ) に分けている全体として大つかみのカテゴリーから小さいカテゴリーへ分けているこの分類の仕方はほぼ 18 世紀まで使われることになる大航海時代 (1400 年ころから 1650 年ころ ) いろいろな生物がヨーロッパにもたらされることになった当時の名前の付け方は各研究者でバラバラであったラテン語を使う事はすでにおこなわれていたが特徴を述べるために後ろにラテン語の単語を次々と付け加えていったしかも好き勝手に変更が加えられたそのため 2つの種を比べようとしてもどっちが先でどっちがそれをもとに命名されたかわからなくなる始末だったたとえばヨーロッパのノバラ ( ドッグローズ ) はある研究者によって Rosa sylvestris inodora seu canina とされ別の研究者には Rosa sylvestris alba cum rubore, folio glabro とされた次章で述べるようにリンネはこれを二名法によって最終的に Rosa canina. としているさらにアジアやアフリカアメリカからもたらされたおびただしい数のヨーロッパにとって新しい生物がこの混乱を助長したリンネに影響を与えた研究者を2 人紹介しておこう一人はイギリスの植物学者で医者の Nehemiah Grew( or 1712) で顕微鏡を使い植物を研究し花が生殖器官であることを明らかにした (The Anatomy of Plants, 1682) グルーは初めて比較解剖学(comparative anatomy) という用語を使ったマルピーギと同時代人である後のリンネは植物の分類に生殖器官である花の構造を使っているもう一人はイギリスのナチュラリストで植物学者の John Ray( ) であるレイはイギリスでは博物学の父と呼ばれている 1 31

4 レイは早くからその才能を発揮し 17 歳でケンブリッジ大学に入りその後もスタッフとしてケンブリッジで研究を続けるとともに英国国教会の司祭になっているレイは全能の神がこの世界を作り出したのでありすべての生物を作り出したのであり神の創造物である生物を集めそれを正しく分類すれば神の英知と秩序を窺い知ることができることそれが博物学者の使命だと考えていたそれが自然分類だったのであるレイは植物の分類をおこなうにあたって植物全体すなわち花種果実根などを使ったレイは顕花植物を双子葉植物と単子葉植物に初めて分類し種の概念を植物と動物の分類に使っているまた化石を絶滅した生物の遺骸であると認めている 18 世紀にはまだ化石はノアの洪水によって死んだ動物であるとか神がちょっとした楽しみで岩の中に埋め込んだものであると考えられていたレイはこの考えを一部訂正したのであるそうは言っても多くの化石はやはり神の創造物だと考えていた化石が生物の遺骸だという考えはキュビエに引き継がれていく Ray について ) 2. リンネの自然の体系こうした混乱を整理する人としてリンネが登場するリンネ (Carl Linnaeus also known as Carl von Linné ) はよく分類学の父と呼ばれるリンネによって生物に名前を付ける方法それにランクをつけてクラス分けする方法すなわち分類体系の標準方式が確立された彼の考えた方式はその後多くの変更を施されているが現在でも広く使われている彼の分類に関する考え方はその後の生物学に大きな影響を与えいまでも影響を与えつづけているもっとも今ではリンネ自身の考えの根本にあった哲学的神学的な思想とはかけ離れてしまったが最後の部分はどういう意味だろうそれを知るためには少しリンネの時代について知る必要がある 1) リンネの生きた時代リンネは 1707 年にスェーデンに生まれた父親は庭仕事の好きなルーテル派の牧師でリンネ自身も植物が大好きで小さい頃から植物の名前に興味を示し父から教わったリンネは聖職への道を取らず 1727 年にルンド大学へ入り医学を学ぶことになる 1 年後にウプサラ大学に移るが医学に対するより植物を集め研究することに没頭するようになる当時の医者は薬草から得られた薬を処方する必要があったため植物学は医学教育のカリキュラムに含まれていた 2 32

5 1732 年にはラップランド地方への採集旅行 1734 年にはスェーデン中部への採集旅行をおこなっているリンネは 1735 年にオランダへ行って医者の資格をとるとすぐにライデン大学へ入りさらに研究をつづけるこの年に Systema Naturae の最初の版を出版した植物の生殖器官である雄しべと雌しべを手がかりにグループ分けをおこなった雄しべで綱にわけ雌しべで目に分けた種の名前は属名とさらにこれを限定するいくつかのラテン語で表したが後に代表的なラテン語のみで表した ( 種小名 ) これが学名のはじまりで二名法と呼ばれるようになるこの他多くの植物学の論文を出版しヨーロッパの植物学者と会ったり手紙のやり取りをしたりして分類の枠組みを改良していった 1738 年にスェーデンに戻り医者を開業するかたわらストックホルムでスェーデン科学アカデミーの設立に関与している 1741 年にウプサラ大学ではじめは医学の教授となり後に植物学と博物学の教授に変わる彼は植物園の整備をおこない彼の考えた分類体系に従った展示をおこなっているまたさらに3 回の採集旅行をおこなうとともに多くの弟子を外国への採集旅行へと送り出した日本へも Carl Peter Thunberg が来ているリンネは Systema Naturae の改定を続け最初に出版したときは 14 ページの薄いパンフレットだったものが 1758 年に出版された第 10 版では複数巻の本に膨れ上がったこれはもちろんあちこちから集められた植物や動物の数が増えたからであり分類体系が改良されたからである自然の体系第 10 版第 1 巻表紙とスェーデンの 100 クローネ紙幣に描かれたリンネリンネは医者としても活動し王室御殿医となり 1761 年には爵位を得てCarl von Linné と名乗ったリンネは 1774 年におそらく軽い心筋梗塞を何度か起した後 1778 年に亡くなったリンネの息子が後を継いだがすぐに死んだため残された資料などは親族によってイギリスの自然史家 Sir James Edward Smithに売却されこれをもとにイギリスロンドンにリンネ学会 ( が作られることになる 3 33

6 詳しいリンネの一生 ) リンネの生きた時代のヨーロッパは大航海時代 (1400 年ころから 1650 年ころ ) が終わり絶対王政が確立した時期であるこのような時代のもとでは誰も神の栄光と秩序を疑うことは難しかったであろう 2) リンネの考え方リンネは植物が好きだったが神を忘れたわけではなかったむしろリンネも全能の神を信じていた全能の神がこの世界を作り出したのでありすべての生物を作り出したと信じていたレイと同じように神の創造物である生物を集めそれを正しく分類すれば神の英知と秩序を窺い知ることができることそれが博物学者の使命だという信念をもって分類体系を打ち立てたのである神が創りリンネが分けるといわれた所以であるそれにもかかわらずリンネの体系が今でも受け継がれているのは彼が分類をおこなうにあたって 1) それまでの本草学 ( 役に立つ植物を記載する ) の観点から離れてより広く植物を集めて記載したこと ( もっともリンネは世界中から集められた植物をスェーデンで育て産業にできないかとも考えていた ) 2) 種を基本としてそれをまとめて次第に大きなカテゴリーとしていったこと ( 界門綱目は彼の考案 ) 3) 二名法によってそれまでの種名の混乱を整理できたためであるリンネは若い頃は種は実在する単位であるとともに不変であると信じていたが後に雑種を研究して種は普遍ではないかもしれないという考えを持つにいたるしかしその説明として種は神が創造した後雑種によってできたのかもしれないと考えたまた外来種をスェーデンに定着させようとする過程で種は環境への適応によって変化することも観察している晩年には属も交雑によって生じるかもしれないと示唆しているそれではリンネは進化という概念に到達していたのだろうか上に述べたように種は普遍であるという信念は後になって変え交雑によって植物の新しい種が生まれるかもしれないと考えたがこのような種の生成の過程は無制限なものではなく限られた範囲でおこること考えていたあくまで神の創られた秩序を優先したのであるそれにもかかわらずリンネの体系的な分類法と二名法が変更を加えられ 200 年以上も分類の基準として残ってきた彼の著作はエラスムスダーウィンやチャールズダーウィンを含むあらゆる世代のナチュラリストによって読まれ現在でも自然分類を追及する研究がおこなわれているもちろん彼の分類した体系がそのまま使われているわけではないリンネが分類の基準に用いた形質はすでに述べたように生殖器官である花の雄しべと雌しべであるしかも繁殖あるいは生殖ということを強調しまた雄しべを雌しべよりも優位におくという性差別もはらんでいたたとえば花をもたないシダなどの植物を隠花植物綱としたがこれは Cryptogamia plants with a hidden marriage の意味である 4 34

7 このため実際とは合わない分類体系でもあったリンネも自然分類ではなく人為分類であることを認めている植物の分類はむしろレイの用いた植物全体を使う方法が使われるようになるこうして残ったのは二名法と属より上位の分類階級であり二名法は分類体系の標準的な方法となる動物と植物の分類における先取権 (priority) は動物の場合は自然の体系第 10 版植物の場合は植物の種 (1753) が出発点となっている 3. 分類学の基礎 1) 種の概念すでに述べたように彼の著書自然の体系第 10 版はいまでも動物命名法の基準に採用されている彼は形態の不連続性を基礎として種 (species) を確定し ( 形態学的種概念 ) これに属と種名をラテン語で記載する二名法を導入して分類学を大成したリンネは種は不連続だと考えたが実際には形質が連続している場合もあり必ずしも明確に分類できない場合も多かったすでにリンネの時代にも同一種内の多型現象 (polymorphism) が認識されていたからであるけれども 1) 雌雄で形態が違っても同一種に入れる 2) イヌではどんなに形が変わってもそれは品種であって種ではない 3) 季節ごとに翅の模様が変わる蝶もいるが同一種として認識するなど種がもっとも基本的な単位であることは認識されていたあとで学ぶが今世紀初頭にメンデルの再発見以後遺伝学は目覚ましい発展を遂げた分類学はこの遺伝学の発展に助けられて新しい展開をとげる親から子へ遺伝情報が伝えられるしくみが明らかになり個体と集団の間の関係を遺伝学的にとらえることが可能となったからである個々の種内の個体間では有性生殖を通して必ず遺伝子の混ぜ合わせが起こり遺伝子からみて親と全く同じ子は産まれないことさらに個々の種は突然変異の出現と環境からの淘汰圧を常に内包していることが明らかになるこのような遺伝学の成果を踏まえて現在では種というのはマイヤによる次のような定義を使うことが多い種とは実際的にも可能性においても互いに交配しうる自然集団であるそれは他の集団からは生殖の面で隔離されているこのような種を生物学的種といいこのような分類作業をおこなう分類学を種分類学という 5 35

8 2) 上位の階級イヌとゾウは体の大きさはずいぶん違うがお互いに似ていてハトとの違いはイヌとゾウよりはずっと大きいとなんとなく認識できるこのように種は似たものがまとめられてさらに大きなグループに組み入れることができるこうして順次さらに上位の階級にまとめあげられて生物の分類が組み立てられる上位の階級分けは進化の過程を反映するものが望ましい階級 rank 語尾界 Kingdom 門 Phylum 亜門 Subphylum 上綱 Superclass 綱 Class 亜綱 Subclass 下綱 Infraclass 上目 Superorder 目 Order 亜目 Suborder 下目 Infraorder 上科 Superfamily -oidea 科 Family -idea 亜科 Subfamily -inae 属種亜属亜種 Genus Subgenus Species Subspecies ちなみにヒトは動物界 (Animal Kingdom) 脊椎動物門(Phylum Vertebrata) 哺乳綱 (Class Mammalia) サル( 霊長 ) 目 (Order Primates) サル( 真猿類 ) 亜目 (Suborder Anthropoidea) ヒト類上科(Superfamily Hominoidea) ヒト科(Family Hominidae) ヒト属 (Homo) ヒト(sapiens) となり Homo sapiens と表記する 3) さまざまな分類学 2) で述べたような種より上位の体系を構築する作業をおこなう分類学は体系分類学と呼ばれている 6 36

9 体系分類の方法論はいろいろあるが主観的に選んだ ( 形質に重み付けをする場合もある ) いくつかの形態の類似性を手がかりにおこなう伝統的な分類法がしだいに批判されるようになり 1950 年代以降に2つの体系分類法が提唱された 1つは表型分類法でもう1つが分岐分類法である表型分類法とは形態学的解剖学的生理学的あるいは生化学的な形質をできるだけ多数集め相対的な類似度に基づいて分類する方法で系統発生を考慮せずにすべての形質を等しくあつかうコンピューターと多変量解析の技法を利用して大いに発達した現在ではタンパク質のアミノ酸配列さらには遺伝子の塩基配列を直接比較する分子系統学が表型分類法から独り歩きをし始めている分岐分類法とは分類の基礎として系統推定を用いる分類法で種やその上位の階級をグルーピングする基準として表型的類似ではなく最新の共通祖先性のみを用いるつまり系統関係をあらわす形質には原始形質と派生形質の2 種類あることを認識し派生形質を共有する種を同じグループに分類する ( 分岐分析 ) 方法である分岐分析による系統 ) 伝統的分類学も新しい2つの方法論を取り入れ進化分類学と名を変えているマイヤはもう一度強調されるべきことは生物のグループは進化の産物であるという事実であるどんな分類法もこの事実を十分考慮しなければ満足なものとなることは望むべくもないのであると述べているが完成した分類体系が確立しているわけではない現在の分類体系はこれからも多くの新しく発見される事実によって修正され続けていくであろう多様性を整理する分類学は現在では次に学ぶ進化の考え方および遺伝学と不可分に結びついているのである生物の系統関係を知る良いページ ) ( 分類学のオーバービュー ) ( CLASSIFICATION OF LIVING THINGS: An Introduction to the Principles of Taxonomy with a Focus on Human Classification Categories) 7 37

10 4. 種の保全の必要性すでに述べたようにこの地球上には 150 万種の生物が存在しまだ発見されていない種を加えると 1 億種にのぼるのではないかとも言われている人間の行為による自然破壊によってこれらの種の多くが記載されることもなく絶滅していく危険が指摘されているまだ見つかっていない種を含めて Biodiversity が豊かな地域はアジア中米からや南アメリカ北部アフリカ南部であるこれらはいずれも発展途上国をカバーする地域であり先進国の資本が森林伐採をおこなったりして自然に変更を加えている我々は地球上の種の多様性を保障するために何かをすべきであるまだ発見されていない種を分類学者に残しておくためではなく豊かな種が豊かなヒトの未来を保障するからである (BIODIVERSITY and CONSERVATION A Hypertext Book by Peter J. Bryant School of Biological Sciences, University of California, Irvine) そのような状況のもと種の保全の必要性が国際的に議論され生物多様性に関する国際条約が結ばれている環境省生物多様性条約に関するページ ) 8 38

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bb-8 (8) 進化説と進化の証拠進化とは何か? 生命とは何か?( 後述参照 : 進化する実体としての生物 ) 個体発生 ( 遺伝情報表現型 ) 系統発生 ( 遺伝情報の系譜 ) 生命は遺伝情報として, 時空間的に展開している. 遺伝情報は 2 重螺旋状の核酸 ( 主に DNA) に刻まれ ( 塩基配列 ), 複製により, 増加し, 伝えられる. 複製伝達の過程で, 不完全なコピーが生じる. 生命は