日本医科大学 医学部 生物（2025年度）全問題・超図解解説

Step 1適応放散の定義を確認：

適応放散とは、「共通の祖先から進化した生物が、未開拓のさまざまな環境（ニッチ）に進出して適応し、多様な種へと分岐・多様化する現象」のことです。

Step 2各選択肢の現象名を特定：

• (え)：工業暗化などにみられる自然選択（隠蔽的擬態・保護色）の例。
• (い)：恐竜絶滅後に空いた多様な生態的地位（陸上・樹上・水中・空中など）に共通祖先の原始的哺乳類が進出し、多様な種へ分化した典型的な「適応放散」の例！
• (う)：ベイツ型擬態の例。
• (え)：オス同士の競争による性選択の例。
• (お)：被食者と捕食者が互いに影響を及ぼし合いながら進化する共進化の例。

Step 1系統樹（動物界→脊椎動物→哺乳類→霊長類→人類）に沿って獲得時期を整理：

Step 1集団 $\text{I}$（100個体）の内訳を計算する：

集団 $\text{I}$ では遺伝子 $\text{A}$ の頻度 $p = 0.6$ なので、対立遺伝子 $\text{a}$ の頻度 $q$ は、$p + q = 1$ より：

$$q = 1 - 0.6 = 0.4$$

集団 $\text{I}$ はハーディ・ワインベルグ平衡にあるため、各遺伝子型の頻度と個体数（全100個体）は次の通りです：

• 遺伝子型 $\text{AA}$：$p^2 = (0.6)^2 = 0.36 \implies 100 \times 0.36 = \mathbf{36\text{ 個体}}$（表現型 $[\text{A}]$）
• 遺伝子型 $\text{Aa}$：$2pq = 2 \times 0.6 \times 0.4 = 0.48 \implies 100 \times 0.48 = \mathbf{48\text{ 個体}}$（表現型 $[\text{A}]$）
• 遺伝子型 $\text{aa}$：$q^2 = (0.4)^2 = 0.16 \implies 100 \times 0.16 = \mathbf{16\text{ 個体}}$（表現型 $[\text{a}]$）

Step 2(1) 生き残った集団 $\text{I}'$ と次世代（集団 $\text{II}$）の遺伝子頻度を求める：

表現型 $[\text{a}]$（遺伝子型 $\text{aa}$ の16個体）がすべて死滅したため、生き残った集団 $\text{I}'$ の個体数は：

$$\text{集団 }\text{I}'\text{ の個体数} = 36\text{ 個体}(\text{AA}) + 48\text{ 個体}(\text{Aa}) = 84\text{ 個体}$$

2倍体生物なので、1個体につき2個の遺伝子をもちます。集団 $\text{I}'$（84個体）がもつ総遺伝子数は $84 \times 2 = 168\text{ 個}$ です。そのうち、

• 遺伝子 $\text{A}$ の数：$\text{AA}$（36個体）が2個ずつ、$\text{Aa}$（48個体）が1個ずつもつので、$36 \times 2 + 48 \times 1 = 72 + 48 = \mathbf{120\text{ 個}}$
• 遺伝子 $\text{a}$ の数：$\text{Aa}$（48個体）が1個ずつもつので、$48 \times 1 = \mathbf{48\text{ 個}}$

集団 $\text{I}'$ が任意交配して生じる次世代（集団 $\text{II}$）の遺伝子頻度は、親世代である集団 $\text{I}'$ の遺伝子プール（および配偶子）の遺伝子頻度と一致します！したがって、集団 $\text{II}$ における遺伝子頻度を $p', q'$ とすると：

$$p' (\text{遺伝子 A}) = \frac{120}{168} = \frac{5}{7} \approx 0.714\dots$$ $$q' (\text{遺伝子 a}) = \frac{48}{168} = \frac{2}{7} \approx 0.285\dots$$

（※別解公式：$p' = \frac{p^2 + pq}{1 - q^2} = \frac{p(p+q)}{(1-q)(1+q)} = \frac{p}{1+q} = \frac{0.6}{1+0.4} = \frac{0.6}{1.4} = \frac{3}{7}$ 分子は $p^2 + pq = p(p+q) = p$、分母は $1-q^2 = (1-q)(1+q) = p(1+q)$ だから $\frac{1}{1+q}$ が $\text{A}$ ではなく $q' = \frac{q^2\text{ が消えて }pq}{p(1+q)} = \frac{q}{1+q} = \frac{0.4}{1.4} = \frac{2}{7}$、そして $p' = 1 - q' = \frac{5}{7}$ です！）

小数第2位を四捨五入すると、遺伝子 $\text{A}$：$0.7$、遺伝子 $\text{a}$：$0.3$ となります。

Step 3(2) 集団 $\text{II}$（100個体）における遺伝子型 $\text{Aa}$ の個体数を求める：

問題文に「(1)で求めた遺伝子頻度を用いて」と明記されています！したがって、分数 $\left(\frac{5}{7}, \frac{2}{7}\right)$ ではなく、(1)の答えである $p' = 0.7,\ q' = 0.3$ を代入して計算します。

集団 $\text{II}$ でもハーディ・ワインベルグの法則が成り立つので、遺伝子型 $\text{Aa}$ の頻度は $2p'q'$ です：

$$\text{遺伝子型 Aa の頻度} = 2p'q' = 2 \times 0.7 \times 0.3 = 0.42$$

集団 $\text{II}$ は100個体からなるため、遺伝子型 $\text{Aa}$ の個体数は：

$$100 \times 0.42 = \mathbf{42\text{ 個体}}$$

Step 1(1) 曲線①〜③の特定：

• 曲線①（群れが大きくなるほど減少）：仲間が増えるほど多くの目で周囲を見張れるため、1個体あたりの「警戒」時間は減少します。
• 曲線③（群れが大きくなるほど急増）：仲間が増えすぎるとエサや場所をめぐる争いが激しくなるため、「種内競争」の時間は増加します。
• 曲線②（中程度の群れで最大になる）：全体の時間から「警戒（①）」と「種内競争（③）」を引いた残りが「採食」時間です。したがって、「① 警戒、② 採食、③ 種内競争」の (え) が正解です。

Step 2(2) 最適な群れの大きさ：

各個体にとって最も有利（最適）なのは、採食時間（②）が最大となる (c) の大きさです。

Step 3(3) 群れで生活することで各個体が得られる利点（2つ）：

グラフと群れの生態学的意義から、以下の点を簡潔に記述します。

• 利点1（対捕食者・警戒）：多くの個体で周囲を警戒できるため、天敵を早期に発見でき捕食されにくくなる（1個体あたりの警戒時間を減らせる）。
• 利点2（採食効率）：警戒に費やす時間を減らすことで、採食に費やす時間を増やすことができる（食物を効率よく獲得できる）。

Step 1(1) 2020年の出生率・死亡率・成長率を求める：

2020年はじめの個体数は $N_0 = 500\text{ 頭}$ です。1年間の変化は次の通りです：

• 出生数：$B = 50\text{ 頭}$ $\implies$ 出生率 $= \dfrac{50}{500} \times 100 = \mathbf{10\%}$（割合では $0.1$）
• 死亡数：$D = 40\text{ 頭}$ $\implies$ 死亡率 $= \dfrac{40}{500} \times 100 = \mathbf{8\%}$（割合では $0.08$）
• 移出数：$E = 30\text{ 頭}$、移入数：$I = 5\text{ 頭}$

1年間の個体数の変化量 $\Delta N$ は、「（出生 $+$ 移入）$-$（死亡 $+$ 移出）」なので：

$$\Delta N = (50 + 5) - (40 + 30) = 55 - 70 = -15\text{ 頭}$$

よって、この年のはじめの頭数（500頭）に対する成長率は：

$$\text{成長率} = \frac{-15}{500} \times 100 = \mathbf{-3\%}\quad (\text{割合では }-0.03)$$

※「整数で答えよ」と指定されているため、百分率（$\text{\%}$）をつけて 出生率 $10\%$、死亡率 $8\%$、成長率 $-3\%$ と答えます。

Step 2(2) 2021年末における群れの個体数を求める：

まず、2020年末（＝2021年はじめ）の個体数 $N_1$ は、500頭から15頭減少したので：

$$N_1 = 500 - 15 = 485\text{ 頭}$$

2021年は「2020年と同じ出生率（$10\%$）と死亡率（$8\%$）で、移出入は0頭」なので、2021年の1年間での成長率は：

$$\text{2021年の成長率} = \text{出生率}(10\%) - \text{死亡率}(8\%) = +2\% \quad (+0.02)$$

したがって、2021年末の個体数 $N_2$ は、485頭が $2\%$ 増加するので：

$$N_2 = 485 \times (1 + 0.02) = 485 \times 1.02 = 494.7\text{ 頭}$$

小数第1位（$.7$）を四捨五入して、$495$（頭）となります！

Step 1(1) 推定個体数 $N$ と個体群密度を求める：

池全体の推定フナ個体数を $N$ とすると、標識再捕法の比例式より：

$$N : 50(\text{1度目の標識個体数}) = 50(\text{2度目の再捕獲数}) : 20(\text{再捕獲中の標識個体数})$$ $$N = \frac{50 \times 50}{20} = 125\text{ 匹}$$

池の面積が $400\,\text{m}^2$ なので、求める個体群密度（$\text{個体/m}^2$）は：

$$\text{個体群密度} = \frac{125\text{ 個体}}{400\,\text{m}^2} = 0.3125 ≒ 0.31\,\text{個体/m}^2$$

小数第2位（$1$）を四捨五入して、$0.3$（$\text{個体/m}^2$）となります。

Step 2(2) 実際の全個体数（100匹）から標識の有無による実際の捕獲率を比較する：

池の水をすべて抜いて判明した実際の内訳（全100匹）を整理しましょう！

したがって、「標識のある個体の実際の捕獲率（$0.4$）」は、「標識のない個体の捕獲率（$0.6$）」に対して：

$$\frac{0.4}{0.6} = \mathbf{\frac{2}{3}\text{ 倍}}$$

（1度捕まったフナが警戒して網を避けるようになったため、捕獲率が $2/3$ になったことがわかります！）よって (い) が正解です。

Step 1伸展反射（膝蓋腱反射）の経路を確認：

ひざの腱をたたくと、太ももの骨格筋（大腿四頭筋）が急に引き伸ばされます。この「筋肉の伸び（伸展）」を感知する受容器は、骨格筋の内部にある筋紡錘：(う) です！（※「腱 (え)」や「皮膚 (け)」を選ばないよう注意！たたく場所は腱ですが、引き伸ばされて興奮する受容器は筋紡錘です。）

そして、感覚神経（Ia群求心性繊維）から入った信号は、脳を経由せず脊髄：(か) を反射中枢として、直接（単シナプス反射で）運動神経へと伝えられます。

Step 1図1の①〜⑦の名称と分化先を確認：

• ①：表皮 (き)（外胚葉）
• ②：神経管 (え)（外胚葉：脳・脊髄になる）
• ③：脊索 (う)（中胚葉）
• ④：体節 (お)（中胚葉：神経管・脊索の両脇にあり、筋節から「骨格筋」、皮膚節から「真皮」、硬節から「脊椎骨」に分化する！）
• ⑤：腎節 (い)（中胚葉：腎臓・輸尿管になる）
• ⑥：腸管 (か)（内胚葉：消化管上皮などになる）
• ⑦：側板 (え)（中胚葉：心臓・血管・血球・腸間膜・平滑筋などになる）

Step 1運動ニューロン終末から筋繊維（細胞膜）への伝達ステップを追う：

1. (え) 興奮が運動ニューロンの終末に到達する。
2. (い) シナプス小胞からシナプス間隙に神経伝達物質であるアセチルコリンが分泌される（※運動神経終末から骨格筋へ分泌されるのはアセチルコリンであり、ノルアドレナリン(う)ではありません）。
3. (き) アセチルコリンが筋繊維（[ア]）の細胞膜上のリガンド作動性チャネル（受容体）に結合してチャネルが開き、細胞外から$\text{Na}^+$ が細胞内に流入する。
4. (え) $\text{Na}^+$ の流入により、[ア]の膜電位がプラスの方向に変化（脱分極）し、活動電位が生じる。

Step 1各選択肢の正誤を1つずつ判定：

• × (え)：個々の運動ニューロン（神経繊維）ごとに太さなどが異なるため、閾値はニューロンごとに異なります。
• ○ (い)：神経への刺激の頻度を高めると、単収縮が重なり合って大きく持続的な収縮である強縮が起こります。（正しい）
• ○ (う)：閾値以上の単一刺激を神経に1回与えると、筋肉は1回だけ収縮（単収縮）し、すぐに弛緩します。（正しい）
• × (え)：単収縮が終わらないうちに次の刺激を与えると、収縮が加算されてより大きな収縮（不完全強縮・完全強縮）になります。
• × (お)：単一のニューロンは「全か無かの法則」に従うため、閾値以上の刺激であれば、刺激を強くしても発生する活動電位の大きさは一定です。

Step 1各選択肢の正誤を丁寧に検証：

• × (え)：筋肉では静止時にグルコースを多糖類のグリコーゲンとして蓄え、また高エネルギーリン酸化合物であるクレアチンリン酸としてエネルギーを蓄えます。
• ○ (い)：クレアチンキナーゼの働きにより、クレアチンリン酸がクレアチンとリン酸に分解される際のエネルギーでADPからATPが迅速に再合成されます（ローマン反応）。（正しい）
• ○ (う)：激しい運動などで筋肉に酸素が少ない（嫌気的）状態が続くと、解糖（乳酸発酵）によりピルビン酸が還元されて乳酸が生成・蓄積します。（正しい）
• × (え) 【超重要ひっかけ！】：文中の [ エ ] はアクチンフィラメントです！ATPアーゼ活性をもちATPを分解して筋収縮の直接のエネルギーを得るのは、太いフィラメントであるミオシンフィラメント（[ オ ] のミオシン頭部）です！したがって誤りです。
• × (お)：動物の骨格筋で行われるのは乳酸発酵（解糖）であり、アルコール発酵ではありません。

Step 1プライマー結合位置（図3）とエキソンの塩基対数を確認する：

実験3の条件より：

• エキソンの大きさ：遺伝子Cの第5エキソンと遺伝子Dの第3エキソンがともに $300\text{ bp}$ で、その他のエキソンはすべて $100\text{ bp}$。
• PCRのプライマー（矢印）：遺伝子Cは「第1エキソンの左端」と「第8エキソンの右端」に結合するため、増幅されるcDNAには必ず第1エキソンと第8エキソンが含まれます。遺伝子Dは「第1エキソンの左端」と「第6エキソンの右端」に結合するため、必ず第1エキソンと第6エキソンが含まれます。

Step 2図4のオス（ZZ）のバンド長（塩基対数）と照合する：

• オス（ZZ）の遺伝子Cのバンド長：図4より $600\text{ bp}$
  選択肢(え)・(え)の遺伝子Cはエキソン $[1][2][3][4][7][8]$（すべて $100\text{ bp} \times 6\text{個} = \mathbf{600\text{ bp}}$、かつ両端の $[1]$ と $[8]$ を含む）なので条件に完全一致！（※(い)は $100\times 5 + 300 = 800\text{ bp}$、(う)は右端のプライマーが結合する第8エキソン $[8]$ がないためPCRで増幅されません。）
• オス（ZZ）の遺伝子Dのバンド長：図4より $800\text{ bp}$
  遺伝子Dの全エキソン $[1][2][3][4][5][6]$ の合計は、$100\times 5 + 300(\text{第3エキソン}) = 800\text{ bp}$ ですが、選択肢(え)の遺伝子Dは第3エキソン $[3]$（$300\text{ bp}$）が抜けた $[1][2][4][5][6]$（$500\text{ bp}$）となっており、選択肢(え)の遺伝子Dは $[1][2][3][4][5][6]$（$800\text{ bp}$）となっています。
  【ここを超注意して確認！】
  図4のオス(ZZ)のレーンを拡大してよく見よう！
  ・左側の目盛り：$1200, 1000, 800, 600, 400, 200\text{ bp}$。
  ・オス(ZZ)のCは $600\text{ bp}$。
  ・オス(ZZ)のDとEは $800\text{ bp}$ の位置にバンドがある！
  したがって、遺伝子DのmRNAの長さは $800\text{ bp}$ であり、$300\text{ bp}$ の第3エキソン $[3]$ を含む $[1][2][3][4][5][6]$（合計 $100+100+300+100+100+100 = 800\text{ bp}$）でなければなりません！

Step 1(1) 図5（実験6）の電気泳動結果から標的遺伝子を特定：

• 対照群のメス（$\text{ZW}$、分解なし）では、遺伝子Dと遺伝子Eのバンドは両方とも消えています（piRNAによって分解されているため）。
• piRNA-Aを分解した $\text{ZW}$ 個体（図5の左から3番目）：本来メスでは消えているはずの遺伝子D（$800\text{ bp}$）のバンドが出現しています！つまり、piRNA-Aが分解していた標的は遺伝子D：(え) です。
• piRNA-Bを分解した $\text{ZW}$ 個体（図5の一番右）：本来メスでは消えているはずの遺伝子E（$800\text{ bp}$）のバンドが出現しています！つまり、piRNA-Bが分解していた標的は遺伝子E：(お) です。

Step 2(2) piRNA-Aを分解したときにZW個体が死亡した理由：

図5の「piRNA-Aを分解した $\text{ZW}$ 個体」を見ると、遺伝子Dが発現した結果、遺伝子CのmRNAが $1000\text{ bp}$（メス型）から $600\text{ bp}$（オス型、エキソン5, 6が除去されたスプライシング型）に変化し、生殖器の形状がオス型になっています。

その結果、性染色体は $\text{ZW}$（メス）であるにもかかわらず、スプライシングを受けた遺伝子CのmRNAから合成されたタンパク質Cが生殖器をオス型へと誘導したため、性染色体パターンとの不一致が生じて幼虫のうちに死亡しました。よって (a) が正解です。

Step 1実験1・5・6の結果から各選択肢を検証：

• ○ (え)：野生型オス（$\text{ZZ}$）でも、実験5でpiRNA-Aを分解して遺伝子Dが分解されずにはたらいた $\text{ZW}$ 個体でも、遺伝子Dがはたらくと生殖器の形状はすべてオス型になります。（正しい）
• × (い)：メス型ではなくオス型になります。
• ○ (う)：図5より、遺伝子Dが発現すると（タンパク質Dがはたらくと）、遺伝子Cの前駆体mRNAから第5・第6エキソンが取り除かれて $600\text{ bp}$ のオス型mRNAになるため、タンパク質Dは遺伝子CのmRNAの選択的スプライシングに関わります。（正しい）
• × (え)・(お)：遺伝子EはpiRNA-Bの標的であり、遺伝子Dや遺伝子Cのスプライシングには無関係です。

Step 1性決定カスケードに登場する4つの遺伝子を選ぶ：

実験4・5・6において、piRNA-B（遺伝子B）を分解して遺伝子Eを発現させても、オスの生殖器もメスの生殖器も全く変化せず、生存率も $100\%$ のままでした。つまり、遺伝子B(い)と遺伝子E(お)は性決定に関わっていません。

一方、残りの4つはすべて性決定に必須です：

1. (え) 遺伝子A（piRNA-A）：メス（$\text{ZW}$）で遺伝子DのmRNAを標的として認識する。
2. (か) PIWI遺伝子：実験1で破壊すると $\text{ZW}$ 個体がすべてオス化して死亡した。piRNA-Aと複合体をつくり遺伝子DのmRNAを分解する。
3. (え) 遺伝子D：オス（$\text{ZZ}$）で発現し、遺伝子CのmRNAをオス型にスプライシングさせる。
4. (う) 遺伝子C：オス型（$600\text{ bp}$）またはメス型（$1000\text{ bp}$）のタンパク質Cとなり、生殖器の分化を直接誘導する。

Step 1図6（実験7）の電気泳動バンドから遺伝子D, Eの状態を読み取る：

図6の一番右のレーン「親世代のメス：感染 ／ 生殖器の形状：メス型 ／ 性染色体のパターン：$\text{ZZ}$」を見ましょう！

• 本来、野生型の $\text{ZZ}$ 個体（図4・図5のオス）では、Cが $600\text{ bp}$、Dが $800\text{ bp}$、Eが $800\text{ bp}$ で発現するはずです。
• ところが、ボルバキア感染メス親から生まれた $\text{ZZ}$ 個体では、遺伝子E（$800\text{ bp}$）は正常に検出されているものの、遺伝子Dのバンドが完全に消失（発現が阻害）しており、その結果として遺伝子Cが $1000\text{ bp}$（メス型）になっています！
• したがって、遺伝子Dは「(い) ボルバキアの感染により発現が阻害され、生殖器をオス型へと誘導できなかった」、遺伝子Eは「(え) ボルバキアの感染による影響を受けなかった」となります。

Step 2論述：ボルバキア感染メスから生まれたZZ個体が死滅した理由を組み立てる：

問題文の指示「昆虫Kの性決定のしくみをふまえて説明せよ」に沿って、以下の4つの因果ステップを漏れなくつなげれば完璧な満点答案になります！