ミツスイはハワイ諸島に生息する小鳥で、くちばしの形が豊富です。いくつかの種は、葉から昆虫を摘み取るのに適した長くて細いくちばしを持っています.硬い種を割るのに適した厚いくちばしを持っているものもあります。進化の古典的な見方によれば、自然淘汰がこれらの異なる種の発達を促進した。各バリアントは、異なる生態学的ニッチに適合するように適応しました。しかし、フィラデルフィアにあるテンプル大学の生物学者であるブレア・ヘッジズは、挑発的な代替案を提案しました。適応はそれとほとんど関係がありませんでした。それは単に偶然と時間の問題でした.
この論争の的となっている提案は、世界で最も包括的な生命の木、つまり地球上の広大な動物園の 50,000 種間の関係をプロットしたチャートを構築しようとする Hedges と共同研究者による取り組みに端を発しています。彼らの分析は、種分化が本質的にランダムであることを示唆しています。植物、動物、昆虫、哺乳類など、どのような生命体であっても、新しい種が形成されるまでには約 200 万年かかります。自然選択ではなく、ランダムな遺伝的事象が種分化で主な役割を果たします。
進化生物学者は、特にその規模と範囲において、この研究努力に興味をそそられますが、出現した挑発的なアイデアにはやや懐疑的でもあります。ブリティッシュ コロンビア州にあるサイモン フレーザー大学の生物学者 Arne Mooers 氏は、次のように述べています。 「興味深い主張がたくさんあります。悪魔は細部に宿るでしょう。」
ツリーを構築するために、ヘッジスとテンプルの同僚であるスディル クマール、および彼らの協力者は、2,300 近くの公開された研究からデータを収集し、2 つの種が共通の祖先から分岐したそれぞれの時期から収集しました。彼らはそれらのデータを使用して、「タイムツリー」として知られる異なる種間の関係の地図を作成しました。枝を形成するために、研究者は、最近の共通の祖先を持つ密接に関連した分類グループ内の 2 つの種から始めました。次に、次に近い種を追加しました。 (家系図では、これは兄弟から始まり、従兄弟と従兄弟を追加することに似ています。) これらすべての枝をまとめると、生命の包括的なタイムツリーが得られます。
イギリスのブリストル大学の古生物学者であるマイケル・ベントンは、「彼らが行った驚くほど大規模な調査です。 「現場の多くの人はそれができないでしょう。」
4 月にジャーナル Molecular Biology and Evolution に掲載された論文の技術的な詳細を科学者が整理するには、しばらく時間がかかります。 .そして、何人かの科学者は補完的でしたが、他の科学者はすぐに結果に異議を唱え、ツリーの正確さと Hedges が引き出した結論の両方に疑問を呈しました.イギリスのケンブリッジ大学の生物学者であるクリス・ジギンズは、「生命の木のような広範な概観から種分化のパターンを推測することに、私は非常に懐疑的です。」と述べています。
種の謎
科学者が懐疑的である理由の 1 つは、ヘッジスの時計のようなパターンが、進化がどのように展開するかという従来の図式と矛盾することです。 「進化の古典的な見方は、それが順調に進むというものです」とベントンは言いました。氷河期後の気温上昇などの環境の変化は、生物が新しい環境に適応する際に種分化の爆発を引き起こす可能性があります。あるいは、鳥類の祖先の飛行や哺乳類の毛髪などの単一の顕著な適応が、それらの特徴を持つ動物の大規模な拡大を引き起こす可能性があります。
Hedges は、そのようなバーストは実際に発生するものの、種分化の大部分はより単調で、タイミングが均等であると主張しています。まず、地理的要因やその他の要因によって、2 つの個体群が分離されます。新しい種は、平均して 200 万年ごとに出現し、遺伝子変異のランダムな性質によってメトロノミックなリズムが生み出されます。彼はこのプロセスを放射性崩壊になぞらえています。個々の放射性核が崩壊する時期を予測することは不可能ですが、多くの原子の塊は、物質の半減期として知られる非常に予測可能な速度で崩壊します。同様に、突然変異はランダムにゲノムを攻撃しますが、十分長い時間をかけて突然変異の蓄積はパターンに従います。 「一種の種分化時計が時を刻んでいます」と Hedges 氏は言いました。
Quanta Magazine の Emily Fuhrman
このインタラクティブなインフォグラフィックでは、生物が時間の経過とともに種分化する頻度を 3 本の線で示しています。脊椎動物、節足動物、植物などの自然界では、ほとんどの場合、新種は 200 万年を少し過ぎた後に出現します。この一貫性は、一部の研究者に、自然淘汰ではなくランダムな遺伝子突然変異が新種の発生を促進することを示唆しています.
ハワイのミツバチについて考えてみましょう。鳥が新しい島に移動し、ランダムな突然変異を蓄積し始めると、種分化時計が始まりました。これらの突然変異の大部分はニュートラルで、鳥の外見や行動に影響を与えませんでした。時折、くちばしが長くなり、その持ち主がより効率的なハンターになるなど、有益な突然変異が現れました。種分化の伝統的なモデルによれば、適応によって最終的に2つの個体群はあまりにも異なったものになり、たとえ接触が戻ったとしても交配することはできなかった.このシナリオでは、適応が新しい種の創造を促進します。
しかし、ヘッジズは、種分化と適応は 2 つの異なるプロセスであり、それぞれが独自の道を進んでいると主張しています。 （イギリスのレディング大学の進化生物学者であるマーク・ペイゲル率いるチームは、理由は異なりますが同様の提案を行っています。）ヘッジズのモデルによると、約 200 万年後、鳥の 2 つのグループは非常に多くの鳥を獲得しました。それらが不適合になったランダムな遺伝的差異。鳥が混じり合うことができなくなったのは適応突然変異ではなく、全体的に十分な突然変異の蓄積であり、そのほとんどは中立的なものでした.地理的な孤立は種分化に必要なきっかけを提供しましたが、単純な時間がそのプロセスを結論に導きました.
もつれた木
Hedges の木の種が発芽したのは 17 年前、彼と Kumar が種の分岐のデータベースを構築し始めたときです。これは、2 つの種が共通の祖先から分かれたときです。しかし、研究者がデータのコレクションを 1 つの大きな生命の木に合成できる方法を開発したのはつい最近のことでした。
Hedges は先月、Temple で生物学的多様性に関する小さな会議を招集し、そこで彼と他の人々は彼らの研究を発表しました。聴衆の多くは、ヘッジスと彼のチームが開発した技術、特に木の日付を識別する効率的な方法を適用することに熱心でした。 「彼らのアプローチを使えば 100 万倍の速さでそれを行うことができたのに、私たち全員が何年にもわたって独自の日付付きツリーを構築するのにコンピューターの時間を費やしていたというのは、よくあるジョークになりました」と Mooers 氏は述べています。
しかし、興奮の裏には疑念の底流がありました。巨大な系統樹は言うまでもなく、系統樹を構築することは、意見の相違に満ちたプロセスです。科学者たちは 20 年間にわたってそれらを構築してきましたが、1,000 種以上の大きな樹木を構築できたのは、過去 5 年間のことです。ツリーの構造は、そこに入るデータと、それを組み立てるために使用される方法によって異なります。何千もの個別の研究に基づいて包括的なツリーを構築するために、Hedges のチームは、非常に異なる方法を使用して構築されたツリーを処理する方法を理解する必要がありました。 「進行中の研究における小さな偏りは、浸透して増幅される可能性があります」と Mooers 氏は述べています。これは、何千もの種を対象とするあらゆる研究の問題です。
さらに、これらのツリーの日付の多くは不確実または矛盾しています。 2 つの種がいつ分裂したかについての推定は、300 万年から 800 万年前の範囲である可能性があり、科学者はどの数値を使用するかを決定する必要があります。 「多くの客観的な決定を下さなければなりません」とヘッジズは言いました。 「違いを調整し、どうにかして 1 つの合意にまとめる必要があります。」
Hedges のツリーは、遺伝データが利用できないグループ、つまり絶滅した多くの生物を含むグループも除外しています。古生物学者は、この選択が結果をゆがめる可能性があると言います。たとえば、分析から絶滅した種を除外すると、そうでない場合でも種の数が増加しているように見える可能性があると、カリフォルニア大学バークレー校の古生物学者であるチャールズ・マーシャルは述べています。
「深いパターンには、多くの技術的評価が必要です」と Mooers 氏は述べています。 「論文の半分に同意できなくても、議論して同意することはたくさんあります。」すでに、一部の研究者は基本的な結果に疑問を呈しています。ノードの地質年代の多くは、科学者が化石記録や小さな樹木から収集したものと一致しない、とマーシャルは述べた.
さらに、一部の科学者は、分析の主要な結論の 1 つである、さまざまな種がおよそ 200 万年の時間スケールで進化しているように見えるということに同意しません。たとえばハチとクジラの大きな違いを考えると、ヘッジスでさえこの発見に驚いた。哺乳類の一生の間に、昆虫の 100 世代が経過する可能性があるため、前者は新しい種をより迅速に開発すると予想されるかもしれません。ヘッジはそうではないと結論付けました。 「これらのグループには、生物学的および生態学的に大きな違いがあります」と彼は言いました。 「それでも、種分化の時期は非常に似ています。」
この発見は、新種の発生速度に大きな違いがあることを示した以前の研究と矛盾しています。 「私たちの研究は、マルハナバチ、アザミ、イヌなどの生物のグループ内では種分化率が実際に一定であることを示していますが、その種分化率はグループ間で異なる可能性があります。」
Hedges は、一定の種分化時間は、自然界全体の比較的一定のペースの遺伝子変異によって引き起こされていると主張しています。しかし、ヘッジスの一貫した種分化率は、さまざまな生物にわたって異なる率を平均した結果である可能性がある、とベントンは述べた。 「一種の規則的なパターンを提案することは、人々が非常に難しいと感じるものです」と彼は言いました。 「彼らがどこからそれを入手したかはわかりますが、他にも考えられる説明があると思います。」
研究者たちが彼らの発見について議論している間、Hedges のグループはすでにさらに大きなツリーに取り組んでいます。これは、約 150 万の既知の種のうち、おそらく 50 万を含むツリーです。 「これにより、生命の進化と、生物多様性が人間の活動によって将来どのように変化するかをより正確に把握できるようになります」と Hedges 氏は述べています。
