少なくとも過去 5 億年ほどの間、進化の歴史における重要なテーマは、複雑さの増大です。もちろん、他にもテーマはありますが、人生はその起源以来、間違いなくより複雑になっています。初期の細胞は凝集して多細胞連合を形成しました。数千年が経過するにつれて、彼らはより複雑な体とライフスタイルを開発し、生計を立てるためのより多様な方法を見つけました.体がより複雑になるにつれて、ゲノムも同様に複雑になると予想するかもしれません.
しかし、Nature Ecology &Evolution に掲載された最近の研究 少なくとも、動物の歴史の重要な時期に進化した謙虚な生物であるクラゲについては、そうではないことが示されています。複雑さを飛躍的に向上させるために、遺伝子を増やす必要はありませんでした。この新しい研究は、複雑さの進化の単純なゲノム シグネチャを見つけることに疑問を投げかける研究の増加に拍車をかけます。
クラゲは、イソギンチャク、サンゴ、ヒドラと並んで、動物の生命の木の刺胞動物の枝に座っています。刺胞動物につながる分岐点は、動物が左右対称になる前の最終的な分岐点を表しています。これは、後の革新に伴って複雑さが増したため、動物を研究する興味深いグループにしています。クラゲは、いとこのように、海底に固定された無柄のポリプとして生活を始め、通過する海流で食べ物を探します。従兄弟とは異なり、クラゲは最終的に自由になり、クラゲとして知られる自由に泳ぐ姿に変化します。
ゴールドは、クラゲのステージは複雑さの飛躍的な進歩を表していると説明しました。クラゲは積極的にプランクトンを狩り、光と方向を検出する神経感覚構造で水柱をナビゲートします。静止したポリプから浮遊するクラゲになることは、人間が空中を泳ぎ、弾力のある網状の付属肢で鳥を捕まえる能力を進化させることにほとんど似ています。
しかし、動物の複雑さを測る際の危険は、それについて客観的になることは難しいということです.動物の複雑さを研究しているハーバード大学の生物学者で、この研究には関与していない Mansi Srivastava は、私たちが複雑さをどのように捉えるかは、私たちが定義しようとしているものよりも、私たちと関係がある可能性があると警告しています。私たちは海綿やクラゲとは大きく異なるため、複雑な代謝経路や「より単純な」動物生活のその他の特徴を見逃す可能性があり、ニュアンスがある場合は単純であると結論付けてしまいます。
それでも、Srivastava と Gold は、複雑さを生活史に結びつけると、クラゲは刺胞動物よりも複雑であることに同意します。しかし、彼らがどのようにしてこのジャンプをしたかは不明でした。 「この単純なライフスタイルからより複雑なライフスタイルに移行するには、どのような種類の遺伝子変化が必要なのか、まったくわかりませんでした」と Gold 氏は述べています。調べるために、研究者はアウレリアのゲノムを配列決定することにしました 、ミズクラゲ、クラゲのない刺胞動物と比較してください。
生活史の根本的な変化が遺伝子含有量の大幅な増加を必要とする場合、Aurelia ゲノムは、クラゲに固有の新しい遺伝子でいっぱいになるはずです。代わりに、Gold は、大まかに言えば、「Aurelia の間に大きな違いはないことを発見しました。 そして、よりシンプルなライフスタイルを持つ彼らの親戚。いくつかの新しい遺伝子がありましたが、どのグループからも期待できるほど多くはありませんでした.
この発見は、ゴールドにとってそれほど驚くべきことではありませんでした。目を細めて見ると、はるかに異なる種のゲノムもかなり似ているからです。ゴールドはすでに、より微妙な仮説を立てていました。それは、身体の構築に関しては、どの遺伝子が存在するかだけでなく、それらがいつ使用されるかが重要であるというものです。クラゲの複雑性を構築する遺伝子を探しているなら、クラゲの発生中にその複雑さが現れているときにそれらを探すのが理にかなっています.ゴールドは、ポリプからメデューサに変化する過程で、クラゲ特有の遺伝子が活性化しているのではないかと考えました。
しかし驚いたことに、それは彼が見つけたものではありませんでした。クラゲに固有の新しい遺伝子は、他の古い遺伝子よりも、メデューサの段階または発生のどの段階でも発現する可能性が高くありませんでした. 「広い遺伝子レベルでは、生活史にこれらの大きな変化をもたらすために、ゲノムに大きな変化が必要なようには見えません」と Gold 氏は述べています。
別の説明は、起源の物語をひっくり返すことによって違いがないことを説明しています.おそらくクラゲ段階の形での複雑さは、初期の刺胞動物に存在したが、クラゲを除いて今日生きているすべての関連グループで失われた.どちらのシナリオでも同様のゲノム シグネチャが生成されますが、Gold は後者の可能性は低いと考えています。分岐のさまざまな段階でより多くの刺胞動物配列を比較すると、最終的に答えが明らかになります。
「クラゲがメデューサの段階を作るための新しい遺伝子を大量に発明しただけではないことは、それほど驚くべきことではありません」と Srivastava 氏は述べています。彼女は、「同じ遺伝子をさまざまな方法で接続することによって、非常に異なるボディプランが生じる可能性がある」ことを示唆しているため、クラゲの段階で新しい遺伝子が過剰に表されていないという発見に興味をそそられました.
Gold の結果は、別のクラゲ ゲノム Clytia の結果とほぼ一致しています。 .その研究でも、新しい遺伝子が大きな役割を果たしていることはわかりませんでした。謎に加えて、Clytia にあるというヒントさえありました。 、より古く保存された経路がクラゲの発達に大きな役割を果たしました.
いずれにせよ、現時点では、クラゲのこの変態を調整する遺伝子の変化は不明のままです.この変換は、タンパク質をコードしないゲノムの領域に依存している可能性がありますが、代わりに遺伝子のオンとオフを制御します。おそらく、多数の新しい遺伝子を進化させるよりも、既存の遺伝子ネットワークを再編成することで、生命を革新する方が簡単です.あるいは、ゲノムの大まかな最初のパスは、プロセスで非常に大きな役割を果たしている少数のコード遺伝子を単に見逃していたのかもしれません.
アウレリア ゲノムは、複雑さに対する私たちの見方を複雑にする、ますます多くの研究に加わっています。科学者が生命の木のさまざまな枝の遺伝子とゲノムを比較し始めたとき、彼らは大きな違いを見つけることを期待していましたが、代わりに驚くべき類似性を発見しました.たとえば、人間と猫は遺伝子の約 90% を共有しています。私たちは約 8 億年も離れていたにもかかわらず、ゲノムのほぼ 3 分の 2 をショウジョウバエと共有しています。
最も初期の動物の系統でさえ、予想外の複雑さを秘めています。 Srivastava と同僚が 2010 年に最初の海綿ゲノムの配列を決定したとき、彼らは、この脳と筋肉のない海綿にすでに存在する他の動物の脳と筋肉を構築する遺伝子を発見して唖然としました。 「遺伝子は同じですが、同じことをするために一緒に働いていないことは明らかです」と彼女は言いました.
より多くのゲノムが配列決定されるにつれて、研究者は大雑把な説明を超えて移動できるようになります。 「ゲノム配列決定は、仮説を立てるための本当に優れたツールだと思います」と Srivastava 氏は述べています。 「そして、シーケンス自体が、これらの仮説をより効果的にテストするためのツールを提供してくれます。」科学者は、配列データと CRISPR などの機能ツールを利用して、個々の遺伝子と遺伝子ネットワークの微調整を開始し、それらの接続とそれらが構築するさまざまな形態との間の関係を解きほぐすことができます。
Srivastava 氏は、「複雑さの増加に関連していると思われる遺伝子のリストを提供できますが、あるレベルでは、それほど強力な情報ではありません.人間が人間のように見え、スポンジがスポンジのように見える理由を説明することはできません。」彼女によると、「次の大きな進歩は、実験生物学を行うという大変な作業からもたらされるでしょう」と彼女は、その大変な作業が私たちをどこに連れて行くのかを見ることに興奮しています.
