1982 年、ガラパゴス諸島のオオミジンコという小さな島に、数羽の大型ジフィンチが住み着きました。島の既存のミディアムフィンチの個体群と比較して、侵入者には利点がありました。島の最大の鳥の餌の1つであるジャマイカのフィーバープラントの種子をより効率的に割ることができる大きなくちばしです。新参者は繁栄し始め、種子の多くを食べ、小柄な先住民に小さなオプションを探すように強制しました.
この 2 種類の鳥は、2003 年に 2 年間の干ばつで両方の種の食糧供給が激減し、飢餓の瀬戸際に追い込まれるまで、比較的調和して暮らしていました。荒涼とした条件は、より小さなくちばしを持つ中程度のフィンチのサブセットを支持しました。彼らはフィーバープラントの種を割ることができず、彼らの食事は小さな種だけで構成されていました。大きなフィンチとの競争から解放された中型フィンチ族の小さなくちばしのメンバーは、干ばつを生き延び、その小柄な特徴を次の世代に伝えました.中型フィンチのくちばしの平均サイズは、種への迅速かつ永続的な変化で縮小しました。ガラパゴスフィンチを 40 年間研究してきたプリンストン大学の生物学者である Peter と Rosemary Grant は、この変化を追跡し、その結果を 2006 年に Science に発表しました。これは、「文字の置換」として知られる進化論の教義の教科書的な例になりました。
ダーウィンの進化では、生物は資源をめぐって競争し、勝者は自分のゲノムを将来の世代に渡すことができます。これらのルールに従って、同じ環境で同じリソースを使用する 2 つの類似した種は、互いに競合することを余儀なくされます。両方が生き残るためには、時間の経過とともに、より明確になる必要があります。著名な博物学者 E.O. ウィルソンは、共同研究者のウィリアム ブラウンとともに、1950 年代にこのパターン キャラクター ディスプレースメントと名付け、世界の生物の多様性の多くを説明できると提案しました。
オックスフォード大学の進化生物学者であるジョセフ・トビアスは、「これは、種が異なる理由を説明するための主要なダーウィンのアイデアの 1 つです。しかし、トバイアスを含む一部の科学者は、多様性の進化の原動力としての性格の変位を支持するデータに疑問を呈しています.昨年発表された 144 の研究を調査したレポートによると、文字の置き換えに関する最も厳しい基準を満たした研究はほとんどないことがわかりました。科学者は、たとえば、他の可能な説明を除外したり、変化が遺伝性の形質に起因することを示したりすることに失敗することがよくありました.そして 2 月には、Tobias と共同研究者が Nature に大規模な研究を発表し、自然界における文字の置換がどの程度広まっているのかを疑問視しています。ダーウィンのフィンチのように異なるくちばしサイズに進化した鳥の家族であるオーブンバーズに焦点を当てたところ、種の年齢を考慮した場合、特徴の変位が種の違いの原因であるという証拠はほとんど見つかりませんでした。つまり、十分な時間が与えられると、種間競争がなくても、種は分岐したり、互いに異なったりする傾向があります.
Tobias と Peter Grant などは、文字の置換の確実な例は比較的まれであると主張しています。それが確実に検出するのが難しいだけでなく、現象自体がまれであることを実際に意味する場合、科学者は多様性の進化における競争の役割を再考する必要があります.
「キャラクターの位置ずれが起こらないと言っているわけではありませんが、おそらく人々が考えているよりもまれです」とトバイアスは言いました. 「私たちの研究の意味するところは、人々が性格の変化に起因すると考えている [オーブンバードの] 種の違いのほとんどすべてが、実際には時間の結果であるということです。」
現場の一部の人々は、この挑発的な主張を懐疑的に見ています。ノックスビルにあるテネシー大学の生態学者で、このプロジェクトには参加していないダニエル・シンバーロフ氏は、「これが性格の置き換えの死を意味するとは思いません」と語った。 「これが一般的な現象かどうかを知るには、さらに多くの研究が必要です。」
揺れる振り子
多くの科学理論と同様に、文字置換は支持されたり支持されなくなったりしています。ウィルソンとブラウンが1950年代にこの用語を作り出した後、「ほとんどの人がどこでもそれを見た」とハーバード大学の進化生物学者であるジョナサン・ロソスは述べた。 「共存する種の間の違いは、競争に起因していました。」しかし、多くの場合、それを支えるものはほとんどなく、1980 年代までに振り子は反対方向に振れました.
テキサス大学オースティン校のポスドク研究員であり、Losos とのレビューの共著者である Yoel Stuart は、「それは議論の多い時期でした」と述べています。
いくつかの批判に応えて、科学者たちは、性格の変化が本当に2つの種を互いにより異なるものにするように駆り立てていると結論付けるために、より厳しい基準を採用しました.これらのガイドラインによると、研究者は、2 種の生息地のランダムな偶然や微妙な違いなど、多様性の他の要因を除外する必要があります。性格の変位の研究は、研究対象の種が真に競合すること、および小さいくちばしなどの種間の違いが遺伝性の形質であることも示す必要があります。 1990 年代には、より厳密な研究が登場するにつれて、キャラクター ディスプレイスメントが再び人気を博しました。
Losos による小アンティル諸島の Anolis トカゲの研究は、特徴の変位を研究する上での大きな課題を浮き彫りにしています。異なる進化の歴史は、同じ生態学的パターンをもたらす可能性があります。 1990 年に出版された研究で、Losos は、北方諸島のトカゲの間で特徴が入れ替わった結果、島に 1 つの小さい種と 1 つの大きい種が存在するという強力な証拠を報告しました。南の島々にも同様に、トカゲの大きな種と小さな種が 1 つずつ生息していました。しかし、南部でのこの状況の説明として考えられるのは、動物が到着したときに 2 つの異なるサイズだったということです。 2 つの種が一緒になったときの歴史を知らなければ、作用している力を特定することは困難です。両方のプロセスの最終結果は同じに見えます。 「これは、これらの研究における最大の問題点の 1 つです」と Losos 氏は述べています。
文字の置換は今日でも人気がありますが、一部の科学者は、この現象が競合する種間の違いの真の原動力であることを示すには、より強力な証拠が必要であると主張しています。ロソス氏は、「人々は行き過ぎて、キャラクターの置き換えがいたるところで見られる70年代の遊びの状態に戻ったと思う」と述べた.以前の取り組みよりも厳密に実施された、文字置換の潜在的な例の数が大幅に急増したにもかかわらず、Stuart と Losos がレビューした 144 の研究のうち、ゴールド スタンダード基準のほとんどを満たしていたのは 40% 未満でした。 「20 年間にわたる厳密な研究により、まだ症例はほとんどありません」と Stuart 氏は述べています。
ペルーの氷河からボリビアの砂漠まで
11 歳からの熱心なバード ウォッチャーであるトビアスは、パタゴニアの平原、ボリビアの砂漠、パナマの火山の高い雲霧林を旅し、世界の鳥の半分以上にあたる約 5,000 種を観察してきました。
これらの調査により、博物学者なら誰でも知っているパターンが明らかになりました。2 つの類似した種が同じ生息地に生息している場合、それらは一般的に離れて生息する種よりも大きく異なっていると、現在 44 歳の Tobias 氏は述べています。
「根底にある仮説は、それが性格のずれによるものだということです」と彼は言いました。しかし、Tobias は、パターンの例外に出くわした後、その仮定を疑い始めました。たとえば、アマゾンアリの研究では、資源をめぐって競合する 2 つの種が非常によく似た歌を使用することが明らかになりました。 「競争が発散選択を生み出さない多くのシナリオが存在する可能性があり」、実際には、特定の特徴が収束し始める逆のパターンを引き起こす可能性がある、と Tobias は述べた.
2007 年、Tobias と共同研究者は、主に南アメリカに生息する昆虫を食べる小さな鳥の多様な家族であるオーブンバードの詳細な研究を開始しました。さまざまなオオコウモリの種が、岩海の海岸線、雪山、灼熱の砂漠、熱帯雨林に適応してきました。フィンチと同様に、オーブンバーズにはさまざまな大きさと形のくちばしがあり、進化の研究に理想的な食べ物の好みを示す重要な指標です。トロント大学の進化生物学者で、今回の研究には関与していないジェイソン・ウィアー氏は、コブシドリ類では、「いくつかの[くちばし]は、大鎌のように長く下向きに湾曲しており、樹皮の隙間を探っています」と述べています。 「短剣のような短いくちばしを持っている人もいます。」
キャラクターの変位に関するほとんどの研究は、少数の種のみに焦点を当てていますが、Tobias のチームは、種や亜種を含む 350 のオーブンバードの系統に関する情報をまとめ、膨大なリソースからデータを収集しました。 1世紀以上前の鳥のさえずりの録音。遠征中に収集された地理的データおよびその他のソースから収集された地理的データ。オーブンバードの非常に詳細な進化の歴史。 「この研究の範囲は非常に驚くべきものです」と、研究には関与していない Stuart 氏は述べています。
各系統について、研究者は同じ地域に生息する最も若く最も近縁な種と、異なる地域に生息する最も若く最も近縁な種を比較しました。彼らがデータを調べたところ、ダーウィンとほとんどの生物学者が予測したであろうパターンが見つかりました — 一緒に暮らす系統は、別々に住む系統よりも異なっていました.
しかし、Tobias らは、同居する種は離れて暮らす種よりも古い傾向があるのではないかと考えていました。これは、新しい種は通常、孤立して形成されるため、最も若い種が通常、生息地を共有しないことは理にかなっている、とトバイアスは述べた.このパターンは一部の進化生物学者にはなじみ深いものでしたが、Tobias によると、その意味を考慮した生態学者はほとんどいませんでした。 「一緒に暮らすものと離れて暮らすものを単純に比較することはできません」とトバイアスは言いました。種が年をとるにつれて、進化する時間が長くなるため、「種の年齢を考慮に入れる必要があります」と彼は言いました。
研究者がそれぞれのオオコウモリの系統の年齢を説明すると、これは性格の変化に関する研究では珍しいステップであり、違いは消えました。 「一緒になった血統間の違いに何らかの隆起があるという証拠は見つかりませんでした」とトバイアスは言いました.
代わりに、彼らは、一緒に住んでいる最も若い種は、明確な生息地を持つ最も若い種よりもはるかに古い傾向があることを発見しました。前者は共通の祖先から平均 1,000 万年前に分裂したのに対し、後者は約 400 万年前に分裂しました。
研究者たちは、多様性は同居する種間の競争によって引き起こされるものではないと結論付けました。彼らが目にする違いは、単に種が進化するためにより多くの時間を費やした結果かもしれません。 「彼らの研究の重要な発見は、これらの種が、競争的相互作用がほとんどまたはまったくない状態で互いの地理的範囲に侵入できるように十分に分岐するには長い時間がかかるということです」と、この研究には関与していないピーター・グラントは述べた。 /P>
実際、Tobias のチームによる以前の研究では、オオコウモリの種は、平和的に共存するのに十分なほど異なる場合にのみ、地理的に重複し始めることが示唆されています。くちばしと生態が最も似ている種は、同棲するのに最も時間がかかった、とトバイアスは述べた。 「必ずしも進化が起こっていないわけではありません。種間の相互作用によって動かされているわけではありません」と Tobias は言いました。
進化の実践
進化論争に突入したため、オーブンバードの研究はさまざまなレビューを受けています.多くの専門家は、その前例のない範囲と、進化の力の大規模な影響を調べようとする努力を称賛しています。ノースカロライナ大学チャペルヒル校の進化生物学者であるデビッド・フェニッヒは、「彼らが提起する包括的な問題は、進化において重要な問題です。進化生物学における最大の問題の 1 つは、小進化のプロセス、つまり種内で起こるメカニズムが、より大きな生態学的パターンにどのように影響するかを理解することだと、彼は言いました。それらは、私たちが目にするさまざまな体型など、幅広い観察結果をどの程度説明していますか?多くの種のオーブンバードを観察することで、「これは、この問題に直接取り組む数少ない研究の 1 つです」と Pfennig 氏は述べています。
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ビデオ: デビッド・カプランが、種の単純な定義が難しい理由を探ります。
しかし、調査結果がより広く当てはまると結論付けるのは時期尚早だと言う人もいます。 「私たちが言えることは、この分類学的グループには[文字の置換]の強い兆候がないということだけです」とウィアーは言いました. 「しかし、他のグループでこれを探求することは、非常に興味深い出発点です。」
また、このグループの鳥の性格のずれを完全に排除することも困難です。 Pfennig は、Tobias のチームがオーブンバーズで調査した特徴は、ほとんどが形態学的なものであると指摘しています。つまり、くちばしと脚のサイズです。しかし、種間の競争により、鳥がさまざまな行動を進化させた可能性があります。 「多くの種がこの種の分岐を経験しています」と彼は言いました。
Tobias のチームが研究した 1 つの行動である鳥のさえずりは、競合する種に反応して変化するように見えましたが、従来の性格の変位が予測する方向とは反対の方向でした。範囲が重複している鳥は、より類似した鳴き声を持つ傾向があり、発散ではなく収束のパターンでした。オーブンバーズは主に縄張り上の理由で鳴き、他の鳥に近づかないように警告します。 Tobias は、鳴き声の種と関連する競合種の両方が認識した信号が、より多くの鳥を思いとどまらせると理論付けています。これは、特定の特性がより類似するように駆り立てられる、異なるフレーバーの文字置換を表している可能性があります。
この調査結果はまた、特徴の置換の研究において進化の歴史を考慮に入れる必要性を浮き彫りにしています。この問題は過去に無視されてきました。その主な理由は、そのデータを入手するのが困難だったからです、とウィアーは言いました。文字の置き換えの例として挙げられている既存の研究の多くは、「時間要素がなければ無効です」と彼は言いました.
研究者は詳細な進化の歴史を必要としないため、グラント夫妻がフィンチで行ったように、実際の進化を捉えることは強力な選択肢です。 「本当の利点は、実際に何が起こるかを確認できることです」と Losos 氏は言います。彼らの研究やその他の最近の研究は、進化がいかに迅速に起こり得るかを実証しており、変化が展開するにつれて変化を測定することを可能にしています。 「何年も前に、私たちは進化が遅すぎてこれらの変化を見ることができないと考えていましたが、そうではありません」とロソスは言いました. 「自然選択が強いと、進化が急速に進む可能性があります。」
行為におけるキャラクターの変位を捉える最良の機会の 1 つは、侵入種の研究から得られます。 「競争相手である可能性のある種を導入することで、キャラクターの置き換えが発生する可能性のある状況をうっかり設定してしまいました」と Losos 氏は述べています。多くの既存の研究の不足にもかかわらず、彼は、「文字の変位は一般的な現象であると確信しています.」
科学者たちは、オーブンバードの研究が今後数年間で同様の研究のラウンドを引き起こし、同じパターン (種の違いは主に種間の競争ではなく種の年齢に関連しているということ) が他のグループにも当てはまるかどうかをテストするだろうと予測しています。 Tobias と共同研究者は、亜鳥類として知られる約 1,200 種のグループの他のメンバーを含む、世界中のより多くの鳥へのアプローチをすでに拡大しています。彼らはまた、世界の鳥類の半数以上を網羅する 5,500 種のスズメ目の種について、形質の置換やその他の進化上の問題を研究することも計画しています。この取り組みは、ルイジアナ州立大学などの研究者によって現在構築中の進化地図に依存します。
科学者たちは、今後 10 年間で、種の年齢を考慮した研究や、Losos が説明する外来種の取り組みによって、多様性の進化における競争の役割が明らかになることを望んでいます。
「私の全体的な意見は、文字の置換はかなり一般的である可能性があるということです」と Peter Grant 氏は述べています。 そのガラパゴスフィンチの研究は、「普遍的とはほど遠く、一般的に規模は小さいものの」最も強力な証拠の 1 つと考えられています。
