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ローズマリーとピーター・グラントが 1973 年にガラパゴス諸島の小さな島、ダフネ・メジャーに初めて足を踏み入れたとき、2 人はここが第二の故郷になるとは思いもしませんでした。現在、プリンストン大学の生物学の名誉教授である夫と妻のチームは、進化を研究するための自然のままの環境を探していました。彼らは、島のさまざまな種のフィンチが、新種の形成を促進する要因を明らかにするための完璧な手段を提供することを望んでいました.
この小さな島は、グラント夫妻が冬を過ごすのに特に適した場所ではありませんでした。マンハッタンの 100 分の 1 未満の大きさのダフネは、海から昇る火山の先端に似ています。訪問者は、中央のクレーターを取り囲む急勾配の陸地の端にボートから飛び降りなければなりません。島の植生はまばらです。ハーブ、サボテンの茂み、背の低い木は、サボテン フィンチだけでなく、小型、中型、大型のフィンチなどのフィンチやその他の鳥に餌を提供します。グラント夫妻は、必要な食料と水をすべて持参し、焼けつく太陽から防水シートで保護された浅い洞窟で食事を調理しました。彼らはダフネの小さな平らな場所でキャンプをしました.
生き物の快適さには欠けていましたが、ダフネは実り多い選択であることが証明されました.深刻な干ばつと豊富な雨の間で揺れ動くガラパゴスの極端な気候は、豊富な自然淘汰をもたらしました。降水量は、1983 年の 1 メートルから 1985 年のゼロまでさまざまでした。1977 年の深刻な干ばつにより、ダフネフィンチの多くが死亡し、グラントの最初の主要な発見の舞台が整いました。乾期の間、大きな種子は小さな種子よりも多くなりました。大きなくちばしを持つ鳥は、大きな種を割るのにより成功しました。その結果、大型のフィンチとその子孫が干ばつに勝利し、鳥の平均サイズが持続的に増加しました。 Grants は進化の過程を観察していました。
その驚くべき発見は、ペアの多作なキャリアをスタートさせました.彼らは 1973 年から 2012 年まで、毎年数か月間ダフネを訪れ、時には娘たちを連れてきました。 40 年間の在任期間中、夫婦は少なくとも 8 世代にわたる約 20,000 羽の鳥にタグを付けました。 (グランツ夫妻の監視下にあった最長寿命の鳥は、なんと 17 年も生き延びました。) 彼らは、ほぼすべての交尾とその子孫を追跡し、さまざまなフィンチ種の大規模な多世代血統を作成しました。彼らは血液サンプルを採取し、フィンチの鳴き声を記録しました。これにより、鳥自体が死亡した後も、遺伝学やその他の要因を追跡することができました。彼らはダーウィンの最も基本的な予測のいくつかを確認し、2009 年の京都賞を含む、さまざまな権威ある科学賞を受賞しています。
現在 80 歳近くになった夫妻は、ガラパゴスへの訪問を控えています。最近では、収集したデータにゲノム ツールを適用することに最も興奮しています。彼らは他の科学者と協力して、過去 40 年間追跡したくちばしのサイズと形状の変化を引き起こした遺伝的変異を見つけようとしています。 クォンタ マガジン ダフネでの時間についてグラントと話しました。会話の編集および要約版が続きます。
QUANTA MAGAZINE:なぜガラパゴスに行こうと思ったのですか?特にフィンチを研究するようになった理由は何ですか?
ROSEMARY GRANT:私は遺伝学のバックグラウンドを持っていて、ピーターは生態学的なバックグラウンドを持っていました.しかし、私たちは同じプロセス、つまり種がどのように、そしてなぜ形成されるかに興味を持っていました。私たちは両方とも、自然環境で変動する個体群を選択したいと考えていました.
ガラパゴスには非常に重要なことがいくつかありました。島は若く、さまざまな島で一緒に、または別々に発生するフィンチの個体群がたくさんあります。島々は人が住んだことがなく、手付かずの状態に近い状態でした。どんな変化も自然な変化であり、人間の干渉の結果ではないことを私たちは知っていました.
気候は非常にダイナミックです。この群島は赤道にまたがっており、エルニーニョ - 南方振動現象の影響を受けています。フィンチにとって非常に良い降水量の年があります。しかし、何年にもわたる干ばつに見舞われ、多くの鳥が死んでしまうこともあります。私たちは現在、小さな島々の鳥の最大 80 ～ 90% が干ばつの時期に死亡することを知っています。これらの極端な現象は、発生した気候変動とそれらの変化に対する進化的反応を測定する機会を与えてくれます.
ピーター・グラント:私たちは 3 つの主な質問を念頭に置いていました。まず、新種はどのように形成されるのか？それが種の起源に関するダーウィンの問題です。第二に、種は食物をめぐって競争しますか?もしそうなら、それは動物群集の構造にどのような影響を及ぼしますか? 1980年代前半に話題になった。当時、実験的な証拠はほとんどなかったので、何らかの方法で立場を取る余地は十分にありました。第 3 に、体の大きさやくちばしの大きさなどの形態学的特徴が大きく異なる個体群があるのはなぜですか?
ビデオ: Peter と Rosemary Grant が、進化に対する私たちの理解が生涯でどのように変化したかを説明します。Quanta Magazine の Jessica Kourkounis
初めて島に足を踏み入れたときはどうでしたか?
PG:長い間考えていたエキゾチックな場所に到着したときのスリルを伝えるのは難しい.小島。あの初上陸は忘れられません。
あなたの最初の主要な発見は、1977 年の深刻な干ばつの後でした。何が起こったのですか?
PG:私の学生は島で働いていて、鳥が死んでいるという事実を後悔していました。私たちは彼から、陰気な野原の季節についての手紙を受け取りました。しかし、これはなぜ鳥がその形と大きさなのかを理解する上で非常に重要であると考えました.それが最初のかすかな光でした。
1977 年末、私たちは 2 人の娘と一緒に島に戻りました。家族として、私たちは死んだ鳥と生きている鳥を求めて島を探し回りました。死んだのは主に小さなくちばしのある鳥であることがわかりました。大きなくちばしを持つ中型フィンチは、大きな種子を利用できるため、小さなくちばしを持つフィンチよりも生存上の利点がありました。生存者の子孫を見ると、両親のように体が大きいことがわかりました。くちばしの大きさに進化的な変化がありました。これは、自然淘汰による進化の明確な実証でした.
進化をリアルタイムで観察したのはこれが初めてですか?
PG:自然環境ではそうですね。科学者たちは以前、殺虫剤耐性と細菌感染に対する耐性の進化を実証していました。しかし、生態学的に重要な形質が絶え間なく変化しているため、これは自然環境における進化の最初の実証でした.
RG:だからこそ、手付かずの環境を使用することが非常に重要でした。人間の影響をまったく受けていないことはわかっていました。
1981 年に、あなたは一風変わった外見のフィンチを発見しました。これをビッグバードと名付けました。彼の何が特別だったのですか?
RG:ビッグバードがダフネに到着したとき、私たちは彼を捕まえて血液サンプルを採取しました。それは、彼が遺伝子移入された鳥である可能性が高いことを示しました — 親種の1つを戻し交配したミディアムフィンチとサボテンフィンチのハイブリッドです.
ビッグバードは 2 羽の中型フィンチと交配し、それらの子孫が血統を開始しました。 Daphne は 2003 年から 2005 年にかけて深刻な干ばつに見舞われ、兄と妹を除いて Big Bird の系統のすべての鳥が死亡しました。再び雨が降ると、兄と妹は交配し、26 匹の子供を産みました。 9 匹を除くすべてが生き残り、息子は母親と、娘は父親と、残りの子孫は互いに交配し、恐るべき近交系を生み出しました。
なぜそんなに重要なのですか?ビッグバードは新しいフィンチ種の始まりでしたか?
RG:あらゆる点で、この血統は別の種のように振る舞っていました。血統は、最も近い親戚であるミディアムフィンチよりもはるかに大きかった.これらの鳥はすべて、元の入植者の歌であるダフネでは聞いたことのない別の歌を歌いました。彼らは島の一部で繁殖し、互いに連続しているが他の種のものと重なっているテリトリーを保持していました。他の種族は大鳥を完全に無視し、大鳥はそれらを無視しました。
元の入植者は、世代を超えて追跡できる遺伝子マーカーを持っていました。干ばつを生き延びた兄と妹は、そのマーカーのコピーを 2 つ持っていました。それ以来、系統のすべての鳥がそのマーカーを持っていました.
Big Bird の血統に驚きましたか?
RG:私たちはよく、他の種の遺伝子を持つ鳥が生態学的条件の異なる別の島に飛んだら、自然淘汰によって新しい種が形成されるだろうと主張していました。私たちはそれが起こるとは思っていませんでしたが、実際に起こりました.
ビッグバードの話は交配について何を教えてくれますか?それが新種の発生を刺激する可能性があるということですか?
PG:数年前、人々は、集団が交配した場合、遺伝子を交換しても 2 つの集団が融合する以外の結果にはならないと考えていました。それはほとんど破壊的な力であり、新しい種の生成を元に戻します.しかしビッグバードの話では、異種交配は実際に何か新しいものを生み出すことができます.蝶の文献にも同じことが見られます。いくつかの蝶の個体群は、他の 2 つの蝶の交配の産物です。
RG:2 つのゲノムを組み合わせることで、新しい遺伝子の組み合わせを得ることができます。次に、自然選択のプロセスが新しい個体群に作用し、新しい軌道に乗ることができます。一部は失敗します。非常に変化しやすい子孫を生み出す人もいます。それらの個人の中には、新しい環境または変更された環境にいる人もいます。これは、彼らが有利になる可能性がある場所です。
特定の遺伝子がネアンデルタール人から現生人類に伝わり、それが私たちに免疫上の利点をもたらしたことが今ではわかっています。フィンチにも同じ種類のものを見ました。
ダフネでの在職中、あなたはフィンチの新しいグループが島に定着しているのを目撃しました。どうしてそんなに面白かったのですか?
PG:1982 年のエルニーニョによる大雨の影響で、別の島からやってきた 5 羽の大型オオヒワガタがダフネにとどまって繁殖することにしました。彼らは非常にゆっくりと数を増やし、他のフィンチ種にはほとんど影響を与えませんでした.しかし、干ばつが 2003 年に始まったとき、その数は食糧供給に重大な影響を与えるのに十分な数になりました.
大型の地上フィンチは、常駐の中型地上フィンチと、減少する大きくて硬い種子の供給をめぐって競合しました。その結果、ミディアムフィンチのくちばしの平均サイズが小さくなり、2 種の差が大きくなりました。ダーウィンはこれを性格分岐の原理と呼びました — くちばしの大きさのような形質は自然選択の結果として分岐します.これは、以前は離れていた 2 つの種が集まり、食物をめぐって競合するときに発生します。競争の結果として 1 つの種が絶滅するのではなく、種が共存できるようにします。私たちの実験は、自然淘汰のプロセス、原因、および役割の最初の決定的かつ包括的な実証でした.
進化に対する私たちの理解において、過去 40 年間にあなたが目にした最大の変化は何ですか?
PG:私たちの研究や他の研究から、進化率の一般的な概念が変わったと思います。これは、思っていたよりもはるかに迅速なプロセスです。私たちが始めたとき、ほとんどの人は一世代で進化的変化を得ることができるかどうか懐疑的だったでしょう - 例えば、より尖ったくちばしを持つ鳥を生み出す.自然淘汰の影響は非常に小さいため測定できないという考えは捨て去られました。
種分化 (新種の開発) に対する私たちの理解はどのように変化しましたか?
RG:種分化の [伝統的な] モデルは、ほぼ 3 段階のプロセスでした。まず、新しい地域の植民地化がありました。新しい地域は生態学的条件が異なるため、自然淘汰の結果として種が変化します。その後、別のエリアに移動します。植民地化、変化、分散は、2 つの種が再び接触するまで発生します。次に、文字の変位などを取得できます。
私たちの研究は、この種のモデルが成り立つことを示しています。しかしさらに、ある種から別の種への遺伝子の流れなど、種分化には他の経路があることも示しました。これは、ビッグバードの系統だけでなく、シクリッドの魚や蝶にも見られます.種分化には複数のルートがあります。
ゲノミクスはこの分野にどのような影響を与えましたか?
PG:ゲノミクスの結果として、一般的な進化、特に種分化に関する私たちの理解は大きく変化しています。そこが創業時との大きな違いです。今では、以前は形態学 [生物の物理的形態] から推測しなければならなかった進化のプロセスの遺伝的基盤があります。
RG:本当に大きなブレークスルーは、全ゲノム配列決定でした。私たちは、フィンチのゲノムを解読しているスウェーデンの遺伝学者と協力しています。とてもエキサイティングになりました。
2003 年から 2005 年にかけての大規模な選抜イベントでは、干ばつの前の鳥と生き残った鳥から血液を採取しました。 HMGA2 という 1 つの遺伝子を示しました 、非常に重要でした。遺伝子には 2 つの形態があります。 1 つは大きな鳥に関連付けられ、もう 1 つは小さな鳥に関連付けられます。 HMGA2 の大型鳥バージョン は選択的に不利であり、小鳥バージョンは有利でした。
PG:これら 2 つのバリアントの頻度に大きな変化がありました — 小さなサイズに関連するバリアントが増加しました。この発見まで、進化が起こったと考える理由はたくさんありましたが、遺伝子頻度の変化の遺伝的証拠はありませんでした。これが決め手でした。それが私たちにとってとてもエキサイティングだった理由です。
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。Quanta Magazine の David Kaplan、Petr Stepanek、Ryan Griffin。 Podington Bearによる音楽
RG:野生の個体群に関する実際の知識があれば、ゲノムの配列決定によってさらに多くのことが明らかになります。それをまとめることは、非常にやりがいのあるものになりました。これができることは幸運です。私たちは常に血液サンプルと歌の録音を保管しており、元に戻すことができました.将来的には、ゲノム研究とフィールドワークを組み合わせることに対する評価が高まることを願っています.
探求することに最も興奮している新しい質問は何ですか?
PG:ビッグバードの話。 2005 年の選択のように、Big Bird の遺伝的基盤が必要です。データを待っています。
あなたは当初、これほど長く Daphne に戻るつもりはありませんでした。
PG:長期的な研究を行う人は、最初から長い間戻ることを期待していません。最初に報酬を得ることができて幸運でした.
ダフネに戻る予定はありますか?
RG:私たちは 40 年後に集中的な作業をやめましたが、戻る予定です.
PG:最高齢の人は 122 歳で亡くなりました。つまり、あと 40 年あります。
