どこから全ての遺伝子が来たのか？

概要

この記事では、遺伝子の起源と時間の経過に伴う進化について探求します。地球上で生命が始まった方法や、原始的な微生物が基本的な遺伝子を子孫に受け継いだ方法について説明します。細胞分裂中に起こるミスによって新しい遺伝子が生まれる方法や、突然変異が遺伝子の機能を変える方法についても説明します。最後に、遺伝子のランダムな配列が突然変異して細胞が読み始める場所になり、新しいタンパク質が作られることがあることにも触れます。

遺伝子の起源

人間はDNAに約20,000個の遺伝子を持ち、私たちの体を構成する分子をコードしています。他の種にも、クモがクモの糸の遺伝子を持ち、オークの木が葉緑素の遺伝子を持つなど、それぞれの種に独自の遺伝子があります。科学者たちは、約40億年前に地球上で生命が始まり、原始的な微生物が生き残るために必要な基本的なタスクのために基本的な遺伝子を持っていたと考えています。これらの遺伝子は、何十億年もの世代を経て、私たちの細胞の中でも今でも同じタスクを実行するものがあります。例えば、DNAをコピーすることなどです。

ミスによる新しい遺伝子

初期の微生物には、クモの糸やドーパミンの遺伝子はありませんでした。しかし、今日の地球には当時よりも遥かに多くの遺伝子が存在しており、その多くはミスから生まれました。細胞が分裂するたびに、DNAの新しいコピーが作られます。時には、同じDNAのストレッチを二度コピーしてしまい、その遺伝子の余分なコピーができます。最初は、余分な遺伝子は元の遺伝子と同じように機能しますが、何世代にもわたって、新しい突然変異を受けることがあります。これらの突然変異は、新しい遺伝子の機能を変えることがあり、その新しい遺伝子は再び複製されることがあります。私たち人類がサルから進化した後の数百万年の間に、私たちの突然変異した遺伝子の数は意外にも多く、多くの遺伝子が新たに生まれました。

突然変異と遺伝子の機能

一つの遺伝子が家族全体の遺伝子を生み出すのに100万年以上かかるかもしれませんが、新しい遺伝子が進化すると、すぐに重要な機能を持つようになることがわかっています。例えば、私たちは鼻の中のタンパク質に数百の遺伝子を持っており、それらは臭い分子を捕まえます。突然変異によって、異なる分子を捕まえることができるようになり、数兆の異なる匂いを感じることができるようになりました。時には、突然変異は新しい遺伝子の新しいコピーにより大きな影響を与えることがあります。遺伝子を別の器官で、または人生の別の時期にタンパク質を作らせることができます。また、タンパク質は完全に異なる仕事を始めることがあります。例えば、蛇には、細菌を殺すためのタンパク質を作る遺伝子があります。昔、その遺伝子が複製され、新しいコピーが突然変異を起こしました。その突然変異によって、遺伝子内のシグナルが変わり、タンパク質を作る場所が変わりました。蛇の膵臓ではなく、口の中でこの細菌殺菌タンパク質が作られるようになりました。蛇が獲物を噛むと、この酵素が傷口に入ります。そして、このタンパク質が有害な効果を持ち、蛇がより多くの獲物を捕まえるのを助けたため、このタンパク質は好まれるようになりました。そのため、膵臓の遺伝子が、蛇の獲物を殺す毒液を口の中で作るようになりました。