「退化」の問題、ふたたび

質問

「退化」に関するQAをこのカテゴリーの中でざっと拝見しました。でも納得できません。
＞暗闇の中で生きる動物が視覚を失うのは、それによって無駄なエネルギーを損失しないから、生存に有利だ。

動物（もちろん脊椎動物以外も含みます）にとって視覚は本当にカロリーをたくさん消費するものですか？

＞紫外線が少ない環境では、アルビノという形質は有利でも不利でもなく、偶然そういう個体の割合がふえて、結果として100％近くまで固定された。

「偶然」という説明。中立説ですね。それにしては、暗闇の中で生きる動物が視覚を失っている例が多すぎます。

ラマルキズムは半分（用不用説のうちの「不用」のほう）正しいのだ、と主張するつもりはありません。誰か、納得できるご説明をお願いします。

回答No.4

mydummy · ベストアンサー

あー、この質問は「生存に有利でも不利でもない形質が偶然によって失われていくのだとすれば、暗闇で活動する生物が“非常に高い割合で”視覚を失い、そこには淘汰圧が働いているように見え、説明がつかない」という疑問でよろしいのでしょうか。

中立悦でそういう変化が起きるかどうかは、私は専門家でもないので判断できませんが、とりあえず視覚はコストがかかるので、不要になれば負の淘汰圧が働くというお話を。

#3の回答がかなりよいのでその筋に乗っていきましょう。

まず目が傷つきやすいという話。確かにそうです。目は他の表皮に比べてかなり柔らかいです。相当な弱点です。

神経の話。人間の場合、少なくとも大脳皮質の1/4程度が視覚の処理に深く関与していると言われます。しかも脳は体重の2%を閉めるにもかかわらず酸素消費の20～25%を占めていると一般的には言われます。神経細胞は恐ろしく燃費の悪い細胞のなのです。しかも活動していない細胞を維持するだけでも結構な燃費を食います（神経細胞は細胞内外のイオンの濃度勾配を利用して活動するが、放っておけばイオンは細胞膜をすり抜けて漏電するので、常にエネルギーを消費して電位に逆らった仕事をしなければならない）。
もっとも、コウモリなどの場合は聴覚を処理する部分が発達しているので一概には言えませんが。ただ視覚は持っている情報量がかなり多いです。

視細胞の話。感光器官である（脊椎動物の）視細胞は、実は暗闇では電流を垂れ流しにし、明るいところでは電流が止まるという性質を持っています。つまり暗いところの方がエネルギーをバカ食いする性質を持っています。もっとも、網膜上の最初の変換（他の細胞への接続）で既に「光がくるときにだけ活動する」細胞がかなり多くなりますが、それでも暗闇で燃費が悪くなる細胞の数は結構な数に上ります。眼球レベルでこのありさまです。

というわけで、暗闇の生物が視覚を失うという点では、負の淘汰圧が働いていると考えていいと思います（少なくとも脊椎動物では）。

ちなみに視覚を失うといっても、視覚系を形成するためのいわゆる「マスターキー遺伝子」が働かなくなるだけで、実は視覚系を形成するための遺伝子は丸残りだという場合が多いと考えられています。
現に哺乳綱（サル目だったかも）の共通祖先は一度視覚を失った可能性が高いと見られています。鳥類等他の脊椎動物では視覚の処理器官として視床が発達しているのですが、例えばヒトでは視床は申し訳程度で、その先の大脳皮質に接続され（変え）ていたり、視物質のうち他の脊椎動物と共通なのはロドプシンとS錐体（とL錐体もだったかも）だけで、M錐体の視物質は後に（失われたものに代わる形で）進化したものと考えられています。
というわけで哺乳綱の視覚は一度かなり退化したらしいのですが、目の基本構造が他の脊椎動物と共通していることを考えると、退化したとはいえ遺伝子は丸残りだったと考えて良さそうです。退化や淘汰圧に直接関係はない話ですが。もっとも相当長期にわたって退化したままだったらずたずたになっていたでしょう。

あと#1の前半部は、経代変化と個体内の変化を混同しています。進化論についての議論でそれはまずいかと。

お礼

＞感光器官である（脊椎動物の）視細胞は、実は暗闇では電流を垂れ流しにし、明るいところでは電流が止まるという性質を持っています。つまり暗いところの方がエネルギーをバカ食いする性質を持っています。

↑やはりエネルギーを多量に使うんですか。それだったら、負の選択圧がはたらくでしょうね。
ところで、脊椎動物以外では事情はどうなんでしょう。

回答No.6

mydummy

視覚に限った話で言えば、注目すべき部分は3項のうち前2者ですが……

神経細胞の基本構造は全動物で共通するので、視覚処理に大量の神経細胞が必要なことを考えると、脊椎動物以外でも視覚処理神経系が相当なコストを必要とするのは確かです。
また目が弱点になるのも共通です。脊椎動物以外で発達した目を持つのは節足動物と軟体動物ですが、両者とも目は比較的柔らかいからで覆われているか突起しているので、弱点になります。

それ以外の動物は、そもそも昼光下でもあまり発達した視覚を持っていません。眼点に小さな神経節が接続している程度です。あと夜行性の動物や深海生物では、むしろ眼球機能が発達しているものが多数あります。脊椎動物ならネコ科の目は夜行性のために発達していますし、深海生物は発光で個体間情報伝達をすることが多く、やはり発達した眼球を持つものが多いです。

視覚に限った話ではあまり面白くないのですが、#5氏の意見は面白いです。
進化論で「新天地へと旅立った」とかいう生物の「意思」を仮定する論法はあまりお勧めできませんが、しかし#5理論はモダンな生物学的解釈が可能です。

例えば、形質ごとにそれぞれの居住環境からの利得と損失（生物の居住密度込み）を定義し繁殖速度と拡散速度も定義してやります（これらのパラメタはランダムに経代可変とする）。そのとき、ある生物学的ニッチが突然変異などで絶滅したとして、そのニッチに生物が進出していく過程をシミュレートしてやります。すると、そのニッチでは、そのニッチ以外では不利になる形質を持つ生物が大きな割合を占めるようになり、場合によってはそのような生物がそのニッチの他の生物を圧倒して独占する方向に収斂する、という特性があることが推察されます。

以上のモデルからは、「利得損失計算・拡散・乱数形質変動（中立進化と言ってもよい）」という機械的な定義だけで退化を説明することが出来ます。モダンな進化論としてもかなり面白い議論だと思います。「『偶然』という説明。中立説ですね。」という当初の中心的疑問にまさに答えるいい回答だと思います。

お礼

集団遺伝学的説明をわくわくしながら拝見しました。
ところで、当地ではセミが鳴き始めました。梅雨明けはまだ先の話なのに。地中のセミの幼虫はどの程度発達した視覚器官を持ってるんでしょうね。
わたしたちヒトは、セミの成虫が1週間ほどしか生きられないという話を聞いて「もののあわれ」を感じてしまいますが、セミの本来の姿は成虫か幼虫か。幼虫であれば、13年とか17年も生きる種もいます。
彼らが長きにわたって地中で生きるのは進化論的にどういう意味を持つのか。セミの声を聞きながら、なんとなくそんな漠然としたことを考えてしまいました。

回答No.5

kaitaradou

何らかの理由で眼に頼ることが苦手な個体が暗いところを生息場所に選んだというようなことはないでしょうか。眼の働きを普通にまで回復させることより他の仲間が苦手とする暗いところに住み着けるように適応していくほうが楽だったということはないでしょうか。その後の経過は他のかたがたが詳細に論じておられるとおりだと思います。紫外線の場合も皮膚の色素が減ったために強い日差しが苦手になった個体が日光の弱いほうへ移動していったというのが発端ではなかったかと思うのですが・・・。

お礼

思ってもみなかった回答です。というのも、私の質問の主旨を少しだけ誤解されてるからです。でも、盲点　（このQAにふさわしいことばですね）　をつかれた感じです。
暗闇で生きるようになった　←　他の種、他の個体との生存競争から脱落した
というふうに決めつけてはいけないのかもしれません。
暗闇で生きるようになった　←　新天地へと旅立った
というふうに解釈可能なケースもあったかもしれません。

回答No.3

shkwta

No.2です。
ついでですが、眼は装置として完成していてもすぐ機能するわけではありません。眼からの信号を認識するための情報処理系を脳に作る必要があります。これには、実際に物を見る経験が必要です。

したがって、生まれたときから暗闇で暮らす動物では、眼がたとえ装置として完全であっても、そのままでは視覚はありません。付いているだけのものです。

このような場合、眼は単に傷つきやすかったり、細菌に感染しやすかったりする「弱い部分」であるにすぎません。それなら、無いほうが生存に有利でしょう。

お礼

＞このような場合、眼は単に傷つきやすかったり、細菌に感染しやすかったりする「弱い部分」であるにすぎません。それなら、無いほうが生存に有利でしょう。

↑初めて納得できる仮説に出会った気がします。ありがとうございます。
ヒトのアルビノがある地域で多数派になってしまうのは、「性選択」で説明可能だと、わたしは思ってます。

回答No.2

shkwta

眼は複雑な装置です。発生のときにに眼がちゃんと出来上がる過程には多数の遺伝子が関係します。また、感光色素など眼の機能を発揮するための物質を作るにはいろいろな酵素の働きが必要です。

これらの遺伝子は常に突然変異の脅威にさらされています。眼を使う動物では、視覚を失うと生存が困難になります。そのため、眼の機能を失わせるような決定的な突然変異は子孫に伝えられにくいのです。

一方、暗闇で生活していて眼を使わない動物では、突然変異によって眼の機能を失っても淘汰されません。したがって、代を重ねるうちに、どこかで眼にとって決定的な突然変異が起こり、いずれは視覚を失うと思います。

回答No.1

バグース（@bagus3）

使わない機能、器官が衰えたり消滅するのは
時間の問題で、カロリー消費とは関係ないでしょう。
歩かなければ筋力が衰え、一年もしないうちに
歩けなくなります。何万年も使わない器官が
なくなっても不思議はありません。

アルビノと紫外線も関係あるとは思えません。
人類は黒人が本来の皮膚の色で白人はアルビノ
ですが、紫外線によって固定されたとは
思えません。

お礼

ありがとうございます。