ケビン・ラランドは、進化生物学の未来に関する会議のために集まった数百人の会議室を見渡しました。同僚が彼の隣に寄り添い、状況はどうなっていると思うか尋ねました。
「とてもうまくいっていると思います」とラランドは言いました。 「まだ喧嘩にはなっていません。」
ラランドは進化生物学者で、スコットランドのセント アンドリューズ大学で働いています。 11 月の肌寒い灰色の日に、彼はロンドンにやって来て、王立協会で「進化生物学の新しいトレンド」と呼ばれる会議を共催しました。生物学者、人類学者、医師、コンピューター科学者、そして自称の先見の明のある人々からなる雑多な乗組員が部屋を埋め尽くしました。王立協会は、セント ジェームズ パークを見下ろす風格のある建物の中にあります。今日、ラランドが会議室の背の高い窓から見えるのは、足場と改装工事用に設置された薄手の防水シートだけでした。内部では、別の種類の改修が行われていることをラランドは望んでいました.
1900 年代半ば、生物学者はダーウィンの進化論を遺伝学やその他の分野からの新しい洞察で更新しました。その結果は、現代の統合と呼ばれることが多く、50 年以上にわたって進化生物学を導いてきました。しかしその間、科学者たちは生命の仕組みについて多くのことを学びました。彼らは全ゲノムを配列決定することができます。彼らは、発生中の胚で遺伝子がオンとオフを切り替えるのを見ることができます。動物や植物が環境の変化にどのように反応するかを観察できます。
その結果、Laland と同じ考えを持つ生物学者グループは、Modern Synthesis をオーバーホールする必要があると主張しています。それは進化の新しいビジョンとして作り直す必要があり、彼らはそれを拡張進化合成と呼んでいます。他の生物学者は、そのようなパラダイムシフトが正当化されるという証拠はほとんどないと言って、強く反対しています.
王立協会でのこの会議は、ラランドと彼の同僚がビジョンを発表できる最初の公開会議でした。しかし、ラランドは改宗者に単に説教することに興味がなかったため、彼と彼の仲間の主催者は、拡張進化統合に懐疑的な著名な進化生物学者も招待しました。
双方とも礼儀正しい方法で議論と批評を行いましたが、ときどき部屋の緊張を感じることができました。
しかし、喧嘩はありません。少なくともまだです。
私たちが知っているように進化を遂げる
すべての科学は、革命の時代と通常のビジネスの時代を通過します。ガリレオとニュートンが 1600 年代に物理学を古代の誤りから引きずり出した後、1900 年代初頭まで、物理学は次から次へと進歩を続けました。その後、アインシュタインと他の科学者は、量子物理学、相対性理論、および宇宙を理解するその他の新しい方法を確立しました。ニュートンが間違っていると主張した人は誰もいませんでした。しかし、宇宙には動いている物質以上のものがあることがわかりました.
進化生物学には独自の革命がありました。もちろん、最初のものは、1859 年にチャールズ ダーウィンによって彼の著書 On the Origin of Species で発表されました。 ダーウィンは古生物学、発生学、その他の科学からの証拠をまとめて、生き物が共通の子孫によって互いに関連していたことを示しました。彼はまた、その長期的な変化を推進するメカニズム、つまり自然淘汰を紹介しました。種の各世代はバリエーションに満ちていました。いくつかのバリエーションは生物の生存と繁殖に役立ち、それらは遺伝のおかげで次の世代に受け継がれました.
ダーウィンは世界中の生物学者に新しい方法で動物や植物を研究するよう促し、彼らの生物学を何世代にもわたって生み出された適応として解釈しました.しかし、彼は遺伝子が何であるかを知らなかったにもかかわらず、これに成功しました.遺伝学者と進化生物学者が集まり、進化論を作り直したのは 1930 年代になってからのことです。遺伝は、世代から世代への遺伝子の伝達になりました。バリエーションは突然変異によるもので、新しい組み合わせにシャッフルされる可能性があります。異種交配を不可能にする突然変異が個体群に蓄積されたときに、新種が発生しました。
1942 年、イギリスの生物学者ジュリアン ハクスリーは、この新たなフレームワークについて、Evolution:The Modern Synthesis という本で説明しました。 今日でも、科学者はそれをその名前で呼んでいます。 （実際には紛らわしい誤称ですが、ネオダーウィニズムと呼ばれることもあります。「ネオダーウィニズム」という用語は、実際には1800年代後半に造語され、ダーウィン自身の生涯でダーウィンの考えを前進させていた生物学者を指します。）
モダン・シンセシスは、自然について質問するための強力なツールであることが証明されました。科学者たちはそれを使って、なぜ鎌状赤血球貧血のような遺伝病にかかりやすい人がいるのか、なぜ殺虫剤が遅かれ早かれ農場の害虫を抑えられないのかなど、生命の歴史について幅広い発見をしました。しかし、Modern Synthesis が形成されてから間もなく、さまざまな生物学者が、それが硬直的すぎると不平を言うようになりました。しかし、Laland と他の研究者が組織化され、その代わりとなる可能性のある拡張合成を策定するために協力して努力したのは、ここ数年のことでした。
研究者たちは、Modern Synthesis が間違っているとは主張していません。進化の豊かさを完全に捉えていないだけです。たとえば、生物は遺伝子だけでなく、他の細胞分子を受け継ぐことができ、祖先によって変化した環境や学習した行動も受け継ぐことができます。ラランドと彼の同僚はまた、自然淘汰がどのようにして生命がそのようなものになったのかを説明する際の卓越した位置に異議を唱えています。発生の規則から生物が生きなければならない環境まで、他のプロセスも進化の過程に影響を与える可能性があります。
「私たちがすでに持っているものに、より多くのメカニズムをボルトで固定するだけではありません」とラランドは言いました。 「因果関係を別の方法で考える必要があります。」
ダーウィンへの追加
テルアビブ大学の生物学者である Eva Jablonka は、彼女の講演を使用して、遺伝子を超えた遺伝形式の証拠を探りました。
私たちの細胞は、多くの特別な分子を使用して、どの遺伝子がタンパク質を作るかを制御しています。たとえば、メチル化と呼ばれるプロセスでは、細胞は特定の遺伝子をシャットダウンするために DNA にキャップを付けます。細胞が分裂すると、新しい DNA に同じキャップやその他のコントロールを再現できます。環境からの特定のシグナルにより、細胞はこれらのいわゆる「エピジェネティック」制御を変更し、生物が新しい課題に合わせて行動を調整できるようになります。
一部の研究では、特定の状況下では、親のエピジェネティックな変化が子孫に受け継がれる可能性があることが示されています。そして、それらの子供たちは、この変更されたエピジェネティックなプロファイルを子供たちに伝える可能性があります。これは、遺伝子を超えた一種の遺伝です。
この効果の証拠は、植物で最も強力です。ある研究では、研究者はシロイヌナズナと呼ばれる植物で31世代にわたって変更されたメチル化パターンを追跡することができました .そして、この種の遺伝は、生物の働きに意味のある違いをもたらすことができます.別の研究では、研究者は、継承されたメチル化パターンがシロイヌナズナの開花時期を変える可能性があることを発見しました。 、およびその根のサイズ。これらのパターンが作り出した変化は、通常の突然変異が引き起こしたものよりもさらに大きかった.
このような証拠を提示した後、ヤブロンカは、エピジェネティックな違いが、どの生物が繁殖するのに十分長く生き残るかを決定できると主張した. 「自然淘汰はこのシステムで機能する可能性があります」と彼女は言いました.
自然選択は進化における重要な力ですが、会議のスピーカーは、それがどのように制約されているか、または特定の方向に偏っている可能性があるかについての証拠を提示しました.ウィーン大学の生物学者である Gerd Müller は、トカゲに関する彼自身の研究から例を挙げました。トカゲの多くの種は、足の指を失った足を進化させました。つま先が 4 本しかない人もいれば、1 本しかない人もいます。足を完全に失った人もいます。
ミュラーは、科学者がこれらの配置を単純に自然淘汰の産物であると見なすようになっているのは、現代の統合が原因であるとミュラーは主張しました。しかし、特定の種が足の最初のつま先と最後のつま先を失い、他の足の指のペアではなく、どのような利点があったかを尋ねると、そのアプローチはうまくいきません.
「答えは、真の選択的優位性がないということです」とミュラーは言いました。
トカゲが特定の足指を失う理由を理解する鍵は、トカゲの胚がそもそも足指を発達させる方法にあります。体側から芽が出て、5本の指が出てきます。しかし、つま先は常に同じ順序で表示されます。トカゲが進化によって足の指を失うと、逆の順序で失われます。ミュラーは、この制約は、変異によって可能なすべてのバリエーションを作成できるわけではないためではないかと考えています。したがって、つま先のいくつかの組み合わせは立ち入り禁止であり、自然淘汰はそもそもそれらを選択することはできません.
発達は進化を制約するかもしれません。一方で、動物や植物には驚くべき柔軟性も提供します。ウェスリアン大学の進化生態学者である Sonia Sultan は、彼女が研究している Polygonum 属の植物について、講演の中で見事な例を示しました。 一般名は「smartweed」です。
Sultan によると、現代合成は、自然淘汰の微調整された産物として、smartweed 植物の適応を見るように導くだろう.植物が日光の少ない場所で生育すると、自然淘汰によって、その環境で繁栄できる遺伝的変異を持つ植物が優先されます。たとえば、より広い葉を成長させて、より多くの光子を捕らえることができます。一方、明るい日光の下で育つ植物は、それらの異なる条件で繁栄できる適応を進化させます.
「私たちが立ち向かうためにここにいるのは、その見解へのコミットメントです」とスルタンは言いました.
Sultan は、異なる条件下で遺伝的に同一のクワガタ植物を育てると、異なる種に属しているように見える植物になってしまうことを示しました。
一つには、スマートウィード植物は、葉のサイズを日光の量に合わせて調整します.明るい光の下では、植物は細くて厚い葉を成長させますが、暗い光の下では、葉は広く薄くなります。乾燥した土壌では、植物は水を求めて深く根を下ろしますが、洪水の土壌では、表面近くにとどまる浅い毛のような根を成長させます.
会議に参加した科学者たちは、可塑性として知られるこの柔軟性自体が進化の推進に役立つ可能性があると主張しました。これにより、植物はさまざまな生息地に広がることができます。たとえば、自然淘汰が遺伝子を適応させることができます。また別の講演で、ニューヨーク大学の古人類学者であるスーザン・アントンは、これまで過小評価されてきた人類の進化において、可塑性が重要な役割を果たしている可能性があると述べました。それは、現代総合が過去半世紀にわたって人類の進化の研究に大きな影響を与えてきたからです。
古人類学者は、化石の違いを遺伝的な違いの結果として扱う傾向がありました。これにより、彼らは人類とその絶滅した近縁種の進化系統樹を描くことができました。このアプローチには、多くのことが示されていると Antón 氏は認めています。 1980年代までに、科学者たちは、私たちの初期の古代の親戚が約200万年前まで背が低く、脳が小さかったことを突き止めました.その後、1 つの血統が背が高くなり、大きな脳が進化しました。その移行は、私たちの属 Homo の起源を示しました .
しかし、時として古人類学者は、意味を理解するのがより困難なバリエーションを見つけることがありました. 2 つの化石は、ある意味では同じ種に属しているように見えますが、他の点ではあまりにも異なって見えます。科学者は通常、これらの変動を環境によるものとして片付けます。 「そうしたものをすべて取り除き、その本質に迫りたかったのです」と Antón 氏は言います。
しかし、そのようなものは現在、無視するには多すぎます。科学者たちは、150 万年から 250 万年前にさかのぼる、目もくらむような種類の人間に似た化石を発見しました。背の高い人もいれば、背の低い人もいます。大きな脳を持っている人もいれば、小さな脳を持っている人もいます。それらはすべて Homo のいくつかの特徴を持っています スケルトンで、
Antón は、科学者がこの深遠な謎を解明するのに Extended Evolutionary Synthesis が役立つと考えています。特に、初期の Homo の奇妙な多様性の説明として、同僚は可塑性を真剣に受け止めるべきだと彼女は考えています。 化石。
この考えを支持するために、アントンは、生きている人間には独自の種類の可塑性があることを指摘しました。妊娠中に女性が摂取する食物の質は、赤ちゃんのサイズと健康に影響を与える可能性があり、その影響は成人期まで続く可能性があります.さらに、母親の食事の影響もある女性の体格は、自分の子供にも影響を与える可能性があります。生物学者は、たとえば、足の長い女性はより大きな子供を産む傾向があることを発見しました.
アントンは、化石記録の奇妙な変化は、可塑性のさらに劇的な例である可能性があると提案しました。これらの化石はすべて、アフリカの気候が激しい気候変動の時期に陥った時期のものです。干ばつと大雨により、世界のさまざまな地域で食糧供給が変化し、おそらく初期の ホモ を引き起こしたでしょう。
Extended Evolutionary Synthesis は、私たちの歴史の別の章である農業の黎明期を理解するのにも役立つ可能性があります。アジア、アフリカ、アメリカ大陸では、人々は作物や家畜を家畜化しました。スミソニアン協会の考古学者であるメリンダ・ゼダーは、会議で、この変化がどのように展開したかを理解するための長い闘いについて話しました.
人々が農業を始める前は、食べ物を探したり、野生の獲物を狩ったりしていました。 Zeder は、多くの科学者が採餌者の行動を非常に現代的な総合的な方法で扱っていることを説明しました。それは、自然淘汰によって細かく調整され、食物を見つける努力に対して最大の見返りを提供するためです.
問題は、そのような採餌者がどのようにして農業に切り替えるかを理解するのが難しいことです. 「食べ物をつかんで口に入れても、すぐに満足感を得ることはできません」と Zeder は私に言いました。
一部の研究者は、農業への切り替えは、野生の植物を見つけるのが難しくなった気候変動の間に起こった可能性があると示唆しています.しかし、Zeder と他の研究者は、農業が始まったときにそのような危機の証拠を実際に発見していません.
Zeder は、この移行についてもっと良い考え方があると主張しています。人間は、固定された環境で生き残ろうとする受動的なゾンビではありません。彼らは環境そのものを変えることができる創造的な思想家です。そしてその過程で、進化を新しい方向に導くことができます。
科学者はこのプロセスをニッチ構築と呼んでおり、多くの種がそれを行っています。古典的なケースはビーバーです。木を切り倒して堰を作り、池を作る。この新しい環境では、植物や動物の一部の種が他の種よりもうまく機能します。そして、彼らは新しい方法で環境に適応します。これは、ビーバーの池の周りに生息する動植物だけでなく、ビーバー自体にも当てはまります。
Zeder がニッチ構造について初めて知ったとき、それは啓示だったと彼女は言います。 「頭の中で小さな爆発が起こっていました」と彼女は私に言いました。彼女と他の人が集めた考古学的証拠は、人間が自分たちの環境をどのように変えたかの記録として意味がありました.
たとえば、初期の採餌者は、野生植物を本来の生息地から遠ざけ、手元に近づけたという兆候を示しています。彼らが植物に水をやり、草食動物から保護すると、植物は新しい環境に適応しました。雑草の種も移動し、独自の作物になりました。特定の動物は環境にも適応し、犬、猫、その他の家畜化された種になります。
徐々に、環境は野生植物のまばらなパッチから密集した農地に変わりました。その環境は、植物の進化を促進しただけではありません。それはまた、農家の文化的進化も促進し始めました。彼らは遊牧民として放浪する代わりに、周囲の土地で働くことができるように村に定住しました。子供たちが両親から生態系の遺産を受け取ったので、社会はより安定しました。こうして文明が始まりました。
ニッチの構築は、家畜化の意味を理解するのに役立つ拡張進化統合からの多くの概念の 1 つにすぎないと Zeder 氏は述べています。彼女の講演では、初期の採餌者の動きから植物の進化のペースまで、あらゆることについて、それが提供する予測のスライドを次々と提示しました。
「Extended Evolutionary Synthesis のインフォマーシャルのように感じました」と Zeder は後で笑いながら語った。 "ちょっと待って！ステーキナイフを手に入れることができます！」
自然淘汰の復活
聴衆の中には、David Shukerという生物学者がいました。セント・アンドリューズ大学の研究者は、1 日半静かに耳を傾けた後、もう飽き飽きしていました。話の終わりに、彼は手を上げました。
講演は、白い髪のモップと青いブレザーの生理学者であるデニス・ノーブルによって行われました。キャリアのほとんどをオックスフォード大学で過ごした Noble 氏は、自分は伝統的な生物学者として出発し、遺伝子を体内のすべての究極の原因と見なしていると語った。しかし、近年、彼は考え方を変えました。彼は、ゲノムを生命の設計図としてではなく、ストレスを検出し、課題に対処するために自身を再編成する敏感な器官として語った. 「私は長い旅を続けてきました」とノーブルは言いました。
この新しい見方を説明するために、ノーブルは最近のさまざまな実験について話しました。そのうちの 1 つは、レディング大学のチームによって昨年公開されました。彼らは長い尾を回転させて泳ぐバクテリアの実験を行いました.
まず科学者たちは、尾を作るのに不可欠な遺伝子をバクテリアの DNA から切り出しました。次に、研究者はこれらの尾のないバクテリアを、わずかな餌の入ったペトリ皿に落としました。やがて、バクテリアは周囲の食べ物をすべて食べてしまいました。彼らが動けなくなったら、彼らは死にました。これらの悲惨な状況で 4 日も経たないうちに、バクテリアは再び泳ぎ始めました。綿密に調べたところ、チームは新しい尻尾が生えていることを発見しました.
「この戦略は、不利な環境に対応して急速な進化的ゲノム変化を生み出すことです」とノーブルは聴衆に宣言しました. 「これは、DNA とは無関係に特定の特徴を発生させることを可能にする自己維持システムです。」
それはシュカーにとって正しくないように聞こえ、拍手が収まった後、彼はノーブルに挑戦することを決意しました.
「その発見の根底にあるメカニズムについてコメントしていただけますか?」シューカーは尋ねた.
ノーブルはどもりながら答えた。 「メカニズムは大まかに言えば、できます、はい…」と彼は言い、ネットワークと規制、そして危機に対する解決策の必死の探求について話し始めました。 「元の論文に戻らなければなりません」と彼は言いました。
Noble が対応に苦労している間、Shuker は iPad で紙に戻った。そして今、彼は活気に満ちた声でアブストラクトを読み上げました。
「『私たちの結果は、自然淘汰が規制ネットワークを急速に再配線できることを示しています』」と Shuker 氏は述べた。彼はiPadを置いた。 「つまり、これは急速なネオ ダーウィン進化の完璧で美しい例です」と彼は宣言しました。
Shuker は、私が会議で話した多くの懐疑論者の気持ちを抽出しました。パラダイムシフトに関する高尚なレトリックは、ほとんどの場合、不当なものである、と彼らは述べた。これらの懐疑論者は、ピーナッツ ギャラリーに限定されたわけでもありません。そのうちの何人かは、独自の講演を行いました。
「ジュラ紀の進化論を代表することが期待されていると思います」とダグラス・フツイマは表彰台に上がったときに言いました。 Futuyma は、ニューヨークのストーニー ブルック大学の口数の少ない生物学者であり、進化に関する主要な教科書の著者でもあります。言い換えれば、教科書はエピジェネティクスや可塑性などにほとんど注意を払っていないという会議中、彼は多くの不満の対象でした.事実上、Futuyma は、なぜそれらの概念が無視されたのかを同僚に話すよう招待された.
「モダン・シンセシスの核となる原則は強力で、十分にサポートされていることを認識しなければなりません」とフツイマは宣言しました。それだけでなく、王立協会で議論されている種類の生物学は、実際にはそれほど新しいものではなかった. Modern Synthesis のアーキテクトは、50 年以上前にすでにそれらについて話していました。そして、それらを理解するために、Modern Synthesis に導かれた多くの研究が行われてきました。
可塑性を取ります。動物や植物の遺伝的変異は、生物が発達できる形態の範囲を支配します。突然変異はその範囲を変えることができます。また、自然選択の数学的モデルは、ある種の可塑性を他のものよりも優先する方法を示しています。
Extended Evolutionary Synthesis がそれほど不必要であるとすれば、王立協会での会議を正当化するほどの注目を集めたのはなぜでしょうか? Futuyma は、その魅力は科学的ではなく感情的なものであると示唆しました。それは生命を突然変異の受動的な乗り物ではなく能動的な力にしました.
「私たちが感情的または審美的により魅力的だと思うものは、科学の基礎ではないと思います」と Futuyma 氏は述べています。
それでも彼は、会議で説明された種類の研究が進化に関するいくつかの興味深い洞察につながる可能性があると言いました.しかし、これらの洞察は、ハードデータにつながるハードワークによってのみ得られます。 「十分なエッセイとポジション ペーパーがありました」と彼は言いました。
聴衆の何人かのメンバーは、Futuyma に少し言いがかりをつけました。他の懐疑的なスピーカーは、意味がないと感じた議論に腹を立てることがありました.しかし、会議は 3 日の午後、喧嘩もなく無事に終了しました。
「これはおそらく、非常に多くの会議の最初のものです」とラランドは私に言いました。 9 月、ヨーロッパと米国の科学者コンソーシアムは、拡張進化統合に関する 22 の研究を実施するために、1,100 万ドルの資金 (ジョン テンプルトン財団からの 800 万ドルを含む) を受け取りました。
これらの研究の多くは、近年の統合から出てきた予測をテストします。たとえば、クモの巣やハチの巣など、独自の環境を構築する種が、そうでない種よりも多くの種に進化するかどうかを確認します。彼らは、より多くの可塑性により、種が新しい環境により速く適応できるかどうかを調べます.
「それは、私たちの批評家が私たちにそうするように言っていることです」とラランドは言いました. 「証拠を見つけに行きなさい。」
訂正:この記事の以前のバージョンでは、Andy Whiten の写真が Gerd Müller と誤認されていました.
