ほとんどの人は、子供の頃に習得した木登りのスキルを、大人になると使えなくなります。しかし、スウェーデンのウプサラ大学の進化生物学者である Jochen Wolf にとって、木登りは彼の仕事に欠かせないものです。彼は定期的に木のてっぺんまで 60 フィート上に移動し、巣から巣立ったばかりのカラスを恐る恐る摘み取り、下のチームに降ろします。
ウルフの登山の功績は、西ドイツで優勢なハシボソガラスと、さらに東のスウェーデンとポーランドで優勢な近縁のフード付きカラスの 2 種の鳥に焦点を当てています。この 2 つのグループは互いに交配することができますが、見た目は大きく異なります。ハシボソガラスは黒く、フード付きのカラスは黒と灰色の体をしています。また、この鳥は同種の仲間を強く好みます。誰もが覚えている限り、この 2 つのグループは、デンマークからドイツ東部、イタリア北部までの狭い範囲の生息地を除いて、別々に存在し続けており、そこで時々混ざり合っています。
カラスは生物学者に不可解な問題を提示し、それは種であることが何を意味するのかという核心に迫ります:フードカラスとハシボソガラスが交配して遺伝子を交換できることを考えると、2 つのグループはどのようにして個々のアイデンティティを維持しているのでしょうか?まるでバケツで赤と黄色の絵の具を混ぜたのに、2 つの色が頑固にオレンジを作ることを拒否したかのようです.
サイエンス誌に 6 月に掲載された新しい研究で、ウルフ氏のチームは、驚くほど小さな DNA の塊が答えを保持している可能性があることを発見しました。腐肉とズワイガニのゲノムを比較すると、配列がほぼ同一であることがわかりました。合計約 12 億の DNA 文字のうち、わずか 82 文字の違いが 2 つのグループを分けているようです。それらのほとんどすべてが、1 つの染色体の小さな部分に集まっています。英国ケンブリッジ大学の生物学者であるクリス・ジギンズ氏は、「ほんの数個の遺伝子が種を作っているのかもしれません」と述べています。 「残りのゲノムは流れる可能性があるので、種は私たちが以前に想像していたよりもはるかに流動的です。」
ほんの数個の遺伝子が 2 つの集団を引き離すことができることを示唆しているため、この発見は驚くべきものです。 DNAのそのセグメント内の何かが、黒いカラスが灰色のカラスと交配するのを防ぎ、その逆も同様であり、新しい種の形成における最も初期のステップの1つを表す可能性のある希薄な交配障壁を作成します. 「彼らは非常に異なった外見をしており、同種と交尾することを好みます。そのすべては、これらの狭い地域によって制御されなければなりません」とジギンズは言いました。
カラスだけが行動するわけではありません。近年の遺伝子データの氾濫は、種間の交配が科学者がこれまでに想像したよりも広まっていることを示唆しています。 「より多くのデータが登場するにつれて、人々は驚き、種の見方に疑問が投げかけられると思います」とジギンズは言いました。 「種とは何かについての見方が根本的に変わると思います。」
未知の種
2 つの関連する生物を異なる種として定義する伝統的な方法は、交配できないことによるものです。 250 年以上前にウプサラ大学のホールをさまよったスウェーデンの博物学者カール リンネは、今日でも使用されている分類システムを作成したときにこの定義を採用しました。しかし科学者たちは、何が種を形成するのかについて 1 世紀以上にわたって議論してきました.
チャールズ ダーウィン自身は、彼の画期的な著書「種の起源について」でこの概念を定義することを拒否しました。ハーバード大学の進化生物学者であるジェームズ・マレットは、「ダーウィンは、種が進化したことを証明したとき、種など存在しないことも証明しました。生物が絶えず進化している場合、2 つの異なる種の間に正確な境界線を引くことは必然的に困難になります。
実際、進化生物学者は、種を定義するために、より実用的なアプローチを取る傾向があり、それは彼らの研究手段に依存します。区別は、例えば、形態学的または遺伝的差異に基づくことができます。 「私たちが種について話し始めるとき、それは見る人の目にあります」とウルフは言いました。
生物学者によると、より興味深く重要な問題は、種分化として知られるプロセスである 2 つの個体群の分岐を促進するものは何かということです。この疑問は、ゲノム技術の急速な進歩に伴い、過去 5 年間にわたって熱くなってきました。最近まで、種分化の研究は野外での生態学と行動、および交配実験に焦点を当てていましたが、科学者は現在、密接に関連するものを含む野生生物の動物園のゲノムを分析できることに気付きました。 「ほんの数年前までは、野生生物のゲノム配列を解読することはできませんでした」と Wolf 氏は言います。 「できるようになりました。それは素晴らしいことです。」
カラス、蝶、蚊、魚、その他の生物の研究から得られた結果は、種の概念が私たちが考えていたよりもさらに混乱していること、および遺伝的変化が外見などのより目に見えるものと常に一致するとは限らないことを示唆しています。インディアナ大学の生物学者であるマシュー・ハーンは、次のように述べています。
羽の鳥
オオカミが巣に向かって枝を引き上げるとき、若い鳥は彼を見て特に驚いていません。代わりに、「彼らは口を開けて餌を待っています」とウルフは言いました。しかし、両親は近くのこずえから声を上げて、別の感じをしています。 「彼らはいつも彼らのところに戻ってきます」と Wolf の研究室のポスドク研究員である Christen Bossu は言いました。
ウルフのチームは、ヒナの羽の長さと色を測定し、ゲノム研究のために血液サンプルを採取してから、巣に戻します。彼らの最近の論文では、研究者は遺伝暗号を調べただけでなく、遺伝子活動が2つの集団間でどのように変化するかについても研究しました.彼らは、皮膚組織で活動し、羽の色を制御する色素を作る遺伝子に最大の違いがあることを発見しました。これらの遺伝子の多くは、ハシボソガラスとナベガラスの間で異なる DNA セグメント内にあり、この 2 つのグループに独自の外観を与える色素遺伝子が種を分離し続けていることを示唆しています。しかし、どのように?
最も明白な説明は、この領域内の遺伝子も、鳥が仲間を選ぶ方法に影響を与えるということです.似たような動物同士が交尾しやすい、いわゆる同種交配は、新種の発生の原因の1つです。単純な刷り込みは、この現象を促進する 1 つの方法です。灰色のカラスに育てられた場合、仲間として灰色のカラスを好むかもしれません.
2 つ目の可能性は、配偶者の選択、カラー パレット、ビジョンを結び付けるものです。おそらくクロカラスは、フード付きのカラスを見ることができるよりも他のクロカラスをより簡単に見ることができ、したがって彼らと交尾する可能性が高いとウルフは述べた.色に関連する遺伝子と視覚のこの側面に関与する遺伝子がゲノム上で互いに近くにある場合、それらは一緒に継承される可能性が高くなります. (2 つの遺伝子がゲノム上で離れているほど、それらが受け継がれたときに分離される可能性が高くなります。) 配偶者の選択にこの種の相乗効果を持つ 2 つの隣接する遺伝子は、種の分離を容易に推進する可能性があります。実際、研究者たちは視覚に関連している可能性が高い遺伝子をこの領域に発見しました。彼らは、それが鳥がコントラストをどれだけうまく知覚するかに影響を与えると信じており、彼らは現在飼育下のカラスでこの仮説をテストしています.
大人のカラスは頭が良すぎて捕獲できないため、論文が Science に掲載される直前の 5 月、Wolf は別の木登り遠足に乗り出しました。血と羽に加えて、彼は約十数羽のひな鳥を集めました。彼らは現在、スウェーデンの新しい鳥小屋で飼育されており、家や家の外で科学者を食べています. (牛の心臓は好物の一つです。) 研究者は、鳥が光の点滅などの視覚的な合図に反応するように訓練し、フード付きのカラスとハシボソガラスが異なる視覚的コントラストを検出できるかどうかを調べます。 Wolf 氏によると、黒いカラスはフード付きのカラスとは異なる強い視覚的コントラストを検出する可能性があり、それが他の黒いカラスを仲間として探す理由を説明できる可能性があります.
バタフライ効果
オオカミカラスは、独自のアイデンティティを維持する異種交配種のセットだけではありません。大西洋を越えて、ヘリコニウス蝶の 2 種 — シドノ ロングウィング (Heliconius cydno) とポストマン バタフライ (H. メルポメネ) — は南アメリカの重複する場所に生息し、めったに発生しませんが、外見の違いにもかかわらず互いに交配することができます。シドノ ロングウィングは黒地に白または黄色のマーキングがあり、ポストマンは黒地に赤と黄色のマーキングがあります。それぞれが別の有毒な蝶の羽のパターンを模倣するように進化しており、捕食から保護するのに役立ちます.しかし、オオカミのカラスのように、シドノのロングウィングと郵便配達員は、同種のカラスと交尾することを好みます.
ゲノム解析は、2 つの種が驚くべき速度で遺伝子を交換していることを示唆しています。しかし、それぞれの種には、その種に固有のゲノム セグメントがあり、残りのゲノムが混在しているにもかかわらず、存続しているように見えます。あたかもゲノムのこれらの部分が油と残りの水でできているかのようです。水は簡単に混ざりますが、油ははっきりとした液滴のままです。
科学者たちは、ゲノムのそのような領域を「種分化の島」と呼んでいます。このような島の永続性は、さまざまな生物で観察されている現象です。自然淘汰はこれらの領域に進化の圧力を加えているようであり、遺伝子とそれに対応する特性の両方を異種交配に直面しても区別し続け、残りのゲノムは混合することができます.科学者たちは、これらの領域がおそらく異なる色のパターンや交配行動を維持することによって、個々の種を維持する上で大部分の仕事をしていると理論付けています.ジギンズらは現在、これらの島々にどのような種類の遺伝子が存在し、それらがどのようにして 2 つの集団を引き離すのかを突き止めようとしています。 「分岐し始めるとき、どのタイプの遺伝子が最初に分岐しますか?種分化を促進する遺伝子は?最初に差別化されるものは何ですか？」ハーンは尋ねました。
このプロセスの主な要因は、複数の形質を制御する遺伝子である可能性があります。ベルン大学（スイス）の進化生態学者であるオーレ・ゼーハウゼンは、「多くの場合、ゲノムには複数のことに大きな影響を与えるいくつかの遺伝子があるようです」と述べています。 「ある環境または別の環境で個人がどれだけうまくやるかに影響を与える遺伝子は、彼らがお互いをどのように見て、どのように交尾するかに影響を与える可能性があります。」 ゲノム上で近くにある遺伝子 (カラスの色素遺伝子や視覚遺伝子など) は、一緒に遺伝する傾向があるため、同じ効果がある可能性があります。
ヘリコニウス蝶の行動は、この考えを支持しています。科学者たちは実験室で何年にもわたる交配を観察した後、2 つの種の間で異なる翅のパターンに関連する遺伝子を特定しました。科学者はまだ特定の遺伝子を特定していませんが、近隣の遺伝子は交配の好みに関連しています.
まとめると、研究は種分化のプロセスの全体像を描き始めています。それはゲノムの小さな領域から始まる可能性があり、カラスの場合のように、交配に関連する遺伝子を収容している可能性が高い.その後、その領域が拡大し、他の異なる遺伝子を含む新しい島が出現し、ゲノム全体に種分化の島が作成されます。
会議の途中
カラス ハイブリッド ゾーン — 腐肉とフード付きのカラスが混ざり合う狭い帯状の土地 — は、決して劇的ではありません。それを際立たせる山はなく、ある種を別の種からブロックします。東と西の景観は似ており、どちらの種も同じ種類の森林に生息しています。 2 つのグループがどのようにして領土を切り開いたのかは、まだはっきりしていません。
David Kaplan、Tom Hurwitz、Richard Fleming、および Quanta Magazine の Tom McNamara。 Podington Bear による音楽。
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。
グループはおそらく、氷河が北ヨーロッパを繰り返し覆った氷河期に分裂した.カラスなどの動物は南に移動し、2 つの異なる場所に避難した可能性があります。氷河が後退すると、2 つの個体群は北に移動し、ハイブリッド ゾーンで出会いました。しかし、科学者たちは、これが最新の氷河期 (ほんの 1 万年から 2 万年前) に起こったのか、それとも 200 万年前までさかのぼるそれ以前の氷河期に起こったのか、まだわかっていません。
この不確実性は、種を研究する上での課題の 1 つを浮き彫りにします。場合によっては、2 つの非常に異なる可能性のある歴史が、同じ遺伝子パターンを生み出すことがあります。たとえば、ハーンが7月に発表された論文で主張したように、種分化の島々を取り囲むゲノムの共有領域は、共有された祖先など、他の説明を持っている可能性があります。 2 つの種は、最近遺伝子を交換しただけでなく、遠い親種を共有しているために、類似したゲノムを持っている可能性があります。 「人々は種分化の島々を解釈することで船外に出ました」とハーンは言いました.
ハシボソガラスとハシブトガラスは、交配によってゲノムが類似したかなり古い種である可能性があります。あるいは、比較的最近に共通の祖先から分裂し、種分化の最初の兆候である分岐の小さな塊で、かなり若い可能性があります。 Wolf のグループは後者の解釈を支持していますが、さらなる遺伝子解析によってこの問題に直接対処したいと考えています.
では、これらすべてが種の定義にとって何を意味するのでしょうか?科学者たちはまだ決定的な答えを持っていません。遺伝学に基づいて種を定義するだけでは問題は解決しません。ウルフらが示したように、答えはゲノムのどこを見るかによって異なります。 「境界線を引くのは本当に難しい」とウルフは言った。 「ゲノムのさまざまな部分がさまざまなことを教えてくれます。」
