遺伝子は真空中には存在しない。 それらは常に、それらがどのように働くかを理解する上で考慮に入れなければならない環境の中に存在しているのである。 細胞内や生物体内の環境、そしてより予測不可能な外部の環境は、遺伝子の働きと密接に結びつき、遺伝の最終的な発現にさまざまな程度の影響を及ぼしているのです。 形質や特性は、それ自体で遺伝するわけではありません。

目の色の場合、青い目の遺伝的体質を持つ個体は、どんな環境条件でも青い目になるから、この区別は重要でないように思われるかもしれない」。 しかし、より直接的に環境変数に反応する遺伝的特性を考えると、その意味が明らかになる。 ヒマラヤウサギがその例である。 このウサギは、白い毛に、耳、前足の先、尾などの末端が黒い毛で覆われており、この模様は代々受け継がれている。 このようなウサギの背中の白い毛を剃り落とし、涼しいところで新しい毛を生やすと、白ではなく黒く生えてくる。 このように、遺伝するのは模様そのものではなく、低温では黒い色素を作り、高温では作らないという能力なのである。 通常、四肢の温度は他の部分の温度より低いので、典型的なヒマラヤの模様が得られるのである。 同様に、身長は基本的に遺伝子の支配下にあるが、栄養的な要因によって大きく影響される。

自然界における突然変異はかなりまれな出来事で、通常は1000分の1から10億分の1の頻度で遺伝子重複が発生する。 その影響は、正常な発達の致命的な障害から、寿命が短くなるようなものまで、外見の著しい変化から、高感度の実験装置でしか検出できない代謝のわずかな変化まで、きわめて広範囲にわたっています。 癌、白血病、その他の悪性疾患は、生殖細胞以外の体細胞で突然変異が起こることによって発生する可能性があるようです。 自然界の集団では、あらゆる種類の突然変異が、頻度は低いものの規則正しく起こっており、遺伝物質の中で多かれ少なかれランダムに起こる偶発的な分子再配列の結果であると考えれば、最もよく説明できる。 X線やその他の高エネルギー放射線は、このような事故や突然変異が起こる確率を高めますが、いわゆる「自然発生」突然変異の原因については確実なことは分かっていません。 宇宙線などの自然放射線は、間違いなく突然変異の一部を引き起こすが、自然放射線の強さは、植物や動物の集団で起こるすべての突然変異を説明するには十分ではないと推定されている

ダーウィンは、自然選択が作用する遺伝性の変化は、生物に対する生活条件の影響や、特定の身体の部分の使用と不使用による影響で直接起こると考えた。 ダーウィンは、環境がどのようにして適切な適応的変化を引き起こすのか、またそのような変化がどのようにして生殖細胞に組み込まれ、遺伝するのかを説明することの難しさを理解していたが、当時は、偶然に生じるとは考えにくかったようである。 では、現代の遺伝学では、環境の要求とは無関係に起こる、遺伝子の分子構造の偶然の変化から、どのようにして進化の秩序がもたらされると考えているのでしょうか。 進化の研究は実験室に移され、自然界で何百万年も必要とされるような変化をここで再現することはできないが、進化の初歩的なステップは分析することが可能である。 この目的のためには、バクテリアの利用が多くの利点をもたらす。 特に、植物界と動物界のどこで研究されても、遺伝と変異のメカニズムは基本的に似ているように思われるからです。 遺伝子と突然変異は、ミバエ、トウモロコシの植物、人間、微生物のいずれで研究されても、その基本的な挙動はほとんど同じです。

大腸菌は、通常人間の腸管で見られる棒状の単細胞生物ですが、遺伝に関する研究に広く用いられています。 最適な条件下では20分ごとに分裂し、1立方センチメートルの培養液に入れた1個の細胞は、一晩で地球上の人間の人口と同じ数の子孫を残すという。 最近になって、この生物にも、また他の種類の細菌にも性行為があることが発見されたので、異なる株を交配させ、高等生物の研究で発達した古典的な遺伝子解析の方法の多くを適用することが可能になった。 大腸菌は「微小進化」の実験的研究に理想的な手段である。

実験室では、この細菌の株は一定の条件下で、その性質に大きな変化を与えることなくほぼ無制限に維持することができる。 しかし、細菌が生育している環境が、その集団にとって何らかの有害な形で変化した場合、その細菌はしばしば新しい条件に迅速かつ効果的に適応します。

この疑問は、生物学論争の深いルーツを持っています。 環境による個体の変化が子孫に遺伝するというラマルクの考えをめぐる論争が、新しい形で思い出されるのである。 ラマルク説は、そのような遺伝は起こらないということを繰り返し証明することによって、ほとんどの生物学者が満足するほど長い間否定されてきたが、細菌学ではごく最近まで、微生物が他の植物や動物とは何かまったく異なっており、適応的な種類の永久的な遺伝的変化は、生活の条件の作用の結果として直接細菌に生じることができるという考えが根強く残ってきた。 第一は、最初は感受性のあった少数の細菌が、ストレプトマイシンの作用の直接的な結果として変化し、それによって永久的な耐性を獲得したというものである。 これは、ダーウィンがほとんどの遺伝的変異の起源として想定していたように、環境による適応的な遺伝的変化の一例であろう。 第二の可能性は、感受性集団の正常な分裂の過程で突然変異が起こり、ストレプトマイシンに接触する前に、耐性個体がすでに耐性に必要な特性を獲得していたことである。 この場合、抗生物質の役割は完全に受動的で、特定の遺伝子の偶然の再配列が以前に起こったことによって、その抑制作用に耐える能力をすでに備えている、集団に存在するまれな個体の増殖を選択的に促進する条件を提供することになる。 その結果、2番目の仮説が正しく、ストレプトマイシン耐性変異体は、ストレプトマイシンにさらされたことのない感受性株の増殖中に、非常に低い割合で突然変異によって発生することが疑いなく立証された。 その証明は、ストレプトマイシンが添加されたばかりの培養物中の抵抗性個体の最初の世代が、すでに関連する家族グループ、またはクローンから構成されていることを実証することによりますが、その方法は、もし彼らの抵抗性が何世代か前に起こった遺伝的変化の結果であった場合に予測されるのと同じです。 実際、大腸菌のどんな培養物も、何百、何千もの細菌を比較すると一見きわめて均質ですが、その中には、無数の方法のうちの一つまたはそれ以上で優勢な型とは異なるまれな変種が含まれているのです。 適切な選択的環境が与えられると、多くの抗生物質、放射線の作用、代謝の特定の段階を阻害するあらゆる種類の化学物質に耐性を持つ変異体が培養物の中に含まれていることが示されます。変異体は、発酵できる糖類、増殖速度、栄養要求の複雑さ、抗原特性、検出方法が見つかるほとんどすべての特性において標準型と異なっているのです。

もちろん、バクテリアやその他の生物の集団に多様な突然変異が生じたからといって、すべての環境問題にうまく対応できるようになるとは限りません。 例えば、ある種の細菌株はストレプトマイシンに適応できない。なぜなら、彼らの変異のスペクトルの中には、ストレプトマイシン耐性に必要な代謝の特殊な変更が含まれていないからである。 さらに、生命を維持できる条件の範囲には限界があるので、水爆の爆発中心部で起こるような十分に劇的な変化は、いかなる生物の生存にも貢献しないと思われます。 たとえば、大腸菌は、ストレプトマイシン、ペニシリン、クロロマイセチンに対して、これらの抗生物質のそれぞれに耐性を持つ変異体を順次選択すれば耐性を持つようになるが、感受性株を3つの薬剤すべてに同時に暴露しても、このような3重耐性株は得られない。 このことは、有限な集団の中のある個体が、3つの特定の遺伝子に突然変異を起こす確率はごくわずかであり、それぞれの遺伝子は非常にまれに、他の遺伝子とは無関係に突然変異を起こすからである。 感染症に対処するために抗生物質を使用した人の多くが、症状が劇的に緩和されたかと思うと、数日のうちに再発し、今度は同じ抗生物質が効かないという経験をしたことがあるのではないでしょうか。 これは、感染した細菌の集団の中に、抗生物質に耐性を持つ変異体が選択され、最初の治療で感受性集団が除去された後に増殖する機会があるためと説明できる場合があります。 場合によっては、医師は、2種類以上の抗生物質に耐性を持つ変異体が存在する可能性が低いことを知りながら、2種類以上の無関係な抗生物質を同時に使用することを勧めることがある。 抗生物質を組み合わせて使用することは、医学的な理由から常に可能というわけではありませんが、ある条件下では、耐性変異体の選択による再発を効果的に防ぐことができました。 しかし、生命がその最初の誕生から継続し、より高いレベルの組織へと着実に進歩してきたのは、遺伝子の突然変異によって最初に提供される適応反応の蓄積に依存しており、今後も依存し続けるであろう。 放射線はあらゆる種類の突然変異の発生頻度を著しく増加させることが分かっている。 突然変異は、それ自体、良いものでも悪いものでもない。 ストレプトマイシン耐性は、大腸菌がストレプトマイシンの存在するところでは良いが、抗生物質を取り除くと、耐性変異体の多くは増殖できなくなり、中には増殖のために実際にストレプトマイシンを必要とするものもある。 同様に、放射線抵抗性の突然変異体は、紫外線やX線の存在下では明らかに有利であるにもかかわらず、放射線が存在しないときの感受性型との競争では、急速に死滅してしまいます。 種の歴史のどの段階においても、自然条件下では、起こっている突然変異は間違いなく以前にも起こっており、その時の条件下で有利な突然変異のほとんどは、すでに優勢な遺伝子複合体の一部として確立されています。 したがって、ほとんどの突然変異は何らかの形で有害であるに違いありません。ミバエで最も頻繁に起こる突然変異は、致死的な影響を持つものであることが知られています。 したがって、不自然な量の放射線にさらされた結果、突然変異率が増加すると、特定の人々の個々の子孫に対してだけでなく、人類の活力にも害を及ぼす可能性がある。 環境的な力、そして人類のかなりの部分の生存と子孫繁栄の機会を失わせるような体質的な弱点をある程度コントロールできるようになったことで、これまで挑戦できなかった自然淘汰の力がすでに弱まっているのである。 もし人間がいつか、意識的かつ意図的な介入というはるかに大きな力を行使することを選ぶなら、彼の生物学的未来は彼自身の手によって形作られることになる。 人間が成形する多能性粘土には、まだ想像もつかないような可能性が秘められている。