2006 年、カナダのノースウェスト準州でハンターがホッキョクグマと思われるものを撃ちました。しかし、よく調べてみると、白い毛皮に茶色の斑点があり、特徴のない長い爪と、わずかに猫背になっていることがわかりました。この生き物は実際には雑種で、母親はホッキョクグマ、父親はハイイログマでした。この交配が可能であることは知られていましたが (この 2 種は以前に飼育下で交配したことがありました)、これは野生で発見された最初の事例でした。それ以来、これが孤立した事件ではないことが明らかになりました。自然保護論者などは、気候変動によってハイイログマがホッキョクグマの生息地に追いやられ続けると、そのような交配がより一般的になり、ホッキョクグマの個体数が激減するのではないかと心配しています。種を保存するために雑種を殺すことを提案する人さえいます.
しかし、グリズリーとホッキョクグマは、数十万年前に種が分岐して以来交尾を続けてきたことが判明しました。ホッキョクグマのゲノムは古代のハイイログマのミトコンドリア DNA を保持しており、グリズリーはホッキョクグマとの交配から遺伝子を受け継いでいます。ジョージア大学の進化生物学者であるマイケル・アーノルドは、「人々は、ホッキョクグマが交配すると美しい白いコートを失うのではないかと心配しています。 「しかし、真実は、これらの生物は、長い間、完全に自分自身のように見えるわけではありません.」
「もしこの混合が一般的な自然現象であるなら」と彼は警告し、「「純粋な」親ゲノムとの混合を防ぐために雑種を殺すことは、私たちが軽々しく行うべき管理技術ではありません。」実際、この種の交配によって導入された遺伝的変異は、ホッキョクグマを救うことができるかもしれません.ハイイログマからいくつかの遺伝子を取り込むことは、ホッキョクグマに適応する可能性が非常に高いとアーノルド氏は述べていますが、その結果は「ホッキョクグマとまったく同じには見えません」。
このような論争は、自然に発生するハイブリッドの悪い評判が完全に正当化されていない可能性を強調しています.歴史的に、雑種はしばしば不適応な交配 (メスの馬とオスのロバから生まれたラバなど) の不妊または不適合な子孫と関連付けられてきました。自然主義者は伝統的に、野生での交配を一種の無関係で、ほとんどがまれな、行き止まりのまぐれと見なしてきました。雑種が生存可能でなく、肥沃でなく、一般的でもない場合、どのようにして進化に大きな影響を与えることができるでしょうか?しかし、ゲノム研究によって種がどのように進化するかについて新たな洞察が得られるにつれて、生物学者は驚くべきことに、種を強化し、近縁種から有用な遺伝子を引き継ぐのに重要な役割を果たしていることを生物学者は認識しています.
要するに、不適応なペアリングは、異種交配のすべてを物語っていません。生物の系統が分岐している間に生物間で起こる遺伝的伝達は、適応形質の出現と新しい種の創造に一役買っています。アーノルドによれば、新たに出現した種が雑種集団を通じて遺伝子を再獲得することは一般的であるだけでなく、「ウイルス、植物、バクテリア、動物のいずれについて話している場合でも、進化が進む最も一般的な方法です。」
ライオンとトラとジャガー、オーマイ!
ごく最近では、ジャガーの進化に関する研究で交雑の痕跡が明らかになりました。先月 Science Advances に掲載された論文で 、7 カ国にまたがる研究機関の研究者チームが、パンテーラの 5 人のメンバーのゲノムを調べました。 ライオン、ヒョウ、トラ、ジャガー、ユキヒョウなど、しばしば「ビッグ キャット」と呼ばれる属です。科学者たちは初めてジャガーとヒョウのゲノムの配列を決定し、他の 3 種の既存のゲノムと比較して、5 種すべてで共有される 13,000 以上の遺伝子を発見しました。この情報は、約 460 万年前にさまざまな動物が共通の祖先からどのように分岐したかを説明する系統樹 (本質的には種の家系図) を構築するのに役立ちました。
このグループのリーダーの 1 人で、ブラジルのリオグランデ ド スル教皇庁カトリック大学の生物学者であり生態学者でもある Eduardo Eizirik は、過去 15 年間ジャガーの研究に専念してきました。彼と彼の同僚がそのゲノムをマッピングしたとき、彼らは動物の大きな頭と強い顎のような適応に関与している可能性のある遺伝子をくまなく調べました。これらは、装甲爬虫類の食事に適応するために進化した可能性が高く、ジャガーがワニの皮膚を突き破ったり、たとえば、カメの甲羅 — ほとんどの大型哺乳類の獲物を一掃した絶滅事件の後.
ただし、これらの適応の一部は、ジャガーの血統にまったく由来していない可能性があります。 Eizirik のチームは、異なる Panthera 間の多くの交差の証拠を発見しました。 種族。あるケースでは、ジャガーで見つかった 2 つの遺伝子が、ライオンとの過去の交雑を示していました。これは、系統発生経路が分岐した後に発生したと考えられます。両方の遺伝子が視神経の形成に関与していることが判明しました。 Eizirik は、遺伝子がジャガーが必要とする、または利用できる視力の改善をコードしていると推測した。何らかの理由で、自然淘汰はライオンの遺伝子に有利に働き、ジャガーが本来持っていたその形質に取って代わりました。
このような雑種形成は、なぜ Eizirik グループによる Panthera の描写が正しいのかを示しています。 進化ツリーはとても注目に値します。 「要するに、これはすべてより複雑になっているということです」と Eizirik 氏は言います。 「種は最終的に分離されますが、人々がよく言うほどすぐには分離しません。」 「私たちが研究したゲノムは、このモザイクの歴史を反映しています。」
生物種の概念
Eizirik のように詳細かつ徹底的に分析された裏付けデータはまれですが、交配が種の発達に寄与するという根本的な考えは決して新しいものではありません。生物学者は 1930 年代から、交配が植物で頻繁に発生し (英国だけでも顕花植物種の約 25% で文書化されている)、その進化において重要な役割を果たしていることを知っていました。実際、1938 年に「遺伝子移入交雑」または遺伝子移入という言葉を作り出し、彼らが研究で見た交配と遺伝子の流れのパターンを説明したのは、2 人の植物学者でした。 2 つの種 (A と B と呼ぶことにしましょう) のメンバーを想像してみてください。交雑すると、それぞれの親からの遺伝子を均等に共有する 50 ～ 50 の雑種の子孫が生まれます。次に、これらの雑種が種 A のメンバーと交配して繁殖する様子を想像し、それらの子孫が同じことをすると仮定します。何世代も後、種 A の生物が自然界に残され、そのゲノムには種 B の遺伝子がいくつか保持されています。研究では、この過程でまったく新しい植物種が生まれる可能性があることも実証されています。
しかし、動物種は、少なくともしばらくの間、より離散的に見えました。ほとんどの動物学者は、1942 年に伝説的な生物学者エルンスト マイヤーによって提案された生物種の概念を支持しました。エルンスト マイヤーは、ダーウィンの自然淘汰と遺伝学を組み合わせた進化論のバージョンである現代の統合の設計者の 1 人でした。マイヤーの生物学的種の概念は、生殖隔離に基づいていました。種は、他の個体群と繁殖できない、または繁殖しなかった個体群として定義されました。 1970 年代にその規則の例外が出現し始めたときでさえ、多くの生物学者は交雑は動物にとって重要であるにはあまりにもまれであると考えていました.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、「私たちはまばたきした態度をとっていました。今日、彼は、そのような雑種形成は進化の歴史の再構築に影響を与えない、または「これは適応進化には役に立たなかった - それはもはや支持できない」と付け加えた.
これは特に、コンピューターとゲノムのツールによって、遺伝子移入がいかに多産であるかが証明されている現在では特に当てはまります。 2009 年以降、約 50,000 ～ 60,000 年前に、アフリカから広がった現生人類の一部がネアンデルタール人と交配したことが研究によって明らかになりました。彼らは後に、別の先祖代々の人間グループであるデニソワ人ともそうしました。どちらの場合も、子供たちは他の現生人類と交配し、彼らが獲得した遺伝子を私たちに伝えました.現在、研究者は、一部の集団がネアンデルタール人から DNA の 1 ～ 2 パーセント、デニソワ人から最大 6 パーセントの DNA を受け継いでいると推定しています。これは数百の遺伝子に相当します。
2012 年、Mallet と彼の同僚は、 Heliconius の 2 つの交雑種の間で大量の遺伝子フローが存在することを示しました。 蝶。翌年、ある種の遺伝子の約 40% が別の種に由来することが判明しました。 Mallet のチームは現在、さらに多くの遺伝子を交換している別の蝶の種のペアで作業を行っており、98% 程度であると彼は述べた。ゲノムの残りの 2% だけが、種を分離し、その「真の」進化の軌跡を反映する情報を保持しています。 ハマダラカのマラリアを媒介する蚊でも、同様の種の境界線の不鮮明さがすでに発見されています。
魚や鳥からオオカミやヒツジに至るまで、他の種類の生物も同様に遺伝子移入を経験します。プリンストン大学の進化生物学者ピーター・グラント氏は、プリンストン大学の進化生物学者であり、同僚のプリンストン生物学者であり妻のローズマリー・グラント氏と共に、ガラパゴスフィンチの進化を研究してきました.何十年も。 「系統発生の再構築は、種の間に瞬時に発生し、破られることのない明確な障壁があるかのように、樹木のようなパターンを描写します。これは誤解を招く可能性があります。」
アーノルドは同意した。 「それは生命の網です」と彼は言いました。これはまた、種の進化的関係を理解し、正しい系統発生を生成するために、選択された遺伝子だけでなく、ゲノム全体を調べることがこれまで以上に必要であることを意味します。それでも十分ではないかもしれません。マレット氏は、「実際の進化パターンの中には、まだ完全に回復できないものがあるかもしれません」と述べています。
落ち着きのない遺伝子は自分自身を感じさせる
ゲノム研究では、遺伝子の移入運動の全体像を把握することはできません。ある種が別の種から遺伝子を受け継ぐときはいつでも、結果は有害、中立、または適応のいずれかになります。たとえば、ネアンデルタール人から受け継いだ遺伝子の一部は、糖尿病、肥満、うつ病などの障害に関与している可能性がありますが、自然淘汰は最初のものを取り除く傾向があります。中立的な遺伝子移入領域はドリフトするため、観察可能な影響を与えることなく非常に長期間ゲノムに留まる可能性があります。
しかし、研究者を特に魅了するのは有益な遺伝子移入です。ネアンデルタール人とデニソワ人の DNA をもう一度見てみましょう。これらの遺伝子により、人々はチベット高原のような場所の過酷な環境に適応することができ、高地や低酸素飽和度の有害な影響から人々を守ることができました。健康リスク。古人類との交配による変異体も、特定の感染症に対する免疫を付与し、皮膚と髪の色素沈着をユーラシアの気候により適したものにしました.
マレット蝶も適応交配の証拠を反映しており、特に擬態と捕食者の回避に関与する特徴が見られます。研究者は、ほとんどの Heliconius が 種は非常に多様な翼の色とパターンを持っていました.いくつかは互いに驚くほど似ていました.研究者たちは、これらの種はこれらの特徴に独立して収束していると信じていましたが、それは部分的にしか正しくないことが判明しました.マレットらは、遺伝子移入も原因であることを発見しました。同じことがガラパゴスフィンチにも当てはまります。くちばしのサイズや形状などの特徴を制御するゲノムの断片は、交配によって共有されました。繰り返しになりますが、平行進化だけではすべてを説明できません。
これらの効果が発生するために、ハイブリダイゼーションの速度は非常に小さい可能性があり、ほとんどの場合、非常に小さい. Mallet のほぼ完全に交配された蝶の場合、「通常の交配 1,000 回ごとに 1 つの雑種交配という時折の細流が、種間の遺伝子を完全に均質化するのに十分です」と彼は言いました。 「それはとてもエキサイティングです。」
これらの遺伝子移入のパターンが科学文献でますます優勢になるにつれて、研究者はそれらの進化的結果を明らかにすることに着手しました.これらは、種分化がしばしば行われるよりもはるかに段階的なプロセスになる傾向があるという事実を超えています. 「多様化、適応、適応進化は、遺伝子が動き回ることによって頻繁に引き起こされるようです」と Arnold 氏は述べています。
Eizirik と彼のチームが行った研究は、これについて説得力のある主張をしています。彼らが分析した遺伝子移入が起こった頃、5 種すべての パンテーラ の集団は 種はおそらく気候変動のために減少したと推定されています。人口が少ないほど、有害な突然変異がそのゲノムに付加される可能性が高くなります。おそらく、異なる種間で発見された遺伝子の流れは、適応突然変異を提供し、有害なものに「パッチを当てる」ことで、それらを絶滅から救いました。 「この種の遺伝子突然変異の注入は非常に大きいため、非常に急速な進化を引き起こす可能性があります」とアーノルドは言いました。
このプロセスは、単一の種の進化を加速するだけでは終わりません。適応遺伝子移入は、適応放散に大きく貢献する可能性があります。これは、1 つの種が急速に多様なタイプに多様化し、その後、独立して適応し続ける新しい系統を形成するプロセスです。教科書的なケースは、東アフリカの五大湖で見つけることができます。そこには、何百ものシクリッド種が生息しています。シクリッドは、共通の祖先から（進化のタイムスケールで）爆発的に多様化した魚の一種であり、主に気候と彼らの環境における地殻変動。今日、シクリッドは形態、行動、生態が大きく異なります。これは主に、遺伝子移入交配のおかげです。
生物学者が、進化に対する交配の重要性を完全に理解するには、さらに何年もかかるでしょう。たとえば、アーノルドは、ガラパゴス諸島のフィンチやイエローストーン国立公園のオオカミに対して行われたような調査をさらに進めたいと考えています。行動、代謝、その他の分析により、遺伝子移入の適応性と有害性が明らかになります。または中立 — 適応遺伝子移入が特定の種類の遺伝子のみに影響を与えるのか、それともより広範な方法で作用するのか.
残念なことに、絶滅の危機に瀕している種の多様性を管理することに挑戦している自然保護論者やその他の人々にとって、満足のいく答えがないことは、より差し迫った問題を引き起こします.彼らはしばしば、野生の雑種個体群を保護することの価値を、雑種が出現した種を含む確立された種に与えることができる害から比較検討しなければなりません.
雑種の不確かな保存
適切な例:1950 年代、サリナス バレーの 2 人のカリフォルニアのベイト ディーラーが、ビジネスを拡大しようとして、ピックアップ トラックに飛び乗って、テキサス州中部とニュー メキシコ州に向けて出発しました。彼らは、カリフォルニア原産のタイガー サンショウウオの 2 倍以上の大きさに成長する可能性がある、バード タイガー サンショウウオを復活させました。新種は地元の漁師にとっては良いが、地元の生態系にとっては悪いことがすぐに証明されました.導入されたサンショウウオは在来種と交配し、親種を打ち負かす可能性のあるハイブリッド品種を作成しました.すぐに、カリフォルニアのタイガー サンショウウオは完全に絶滅の危機に瀕していることに気付き、今日でも絶滅危惧種のままです。
このような例は、雑種が一般的に自然保護論者による保護対象から外されてきた理由を示しています。雑種は親世代の遺伝子プールを劣化させ、生物多様性に脅威を与えると考えられています。この除外は、カリフォルニアのトラサンショウウオや、最近のニュースでカリブ海を荒廃させているミノカサゴの場合のように、交配が人間の行動によって引き起こされた場合に特に有効であるように思われます.カリフォルニア大学の保全生物学者であるブラッドリー・シェイファー氏は、「保全の文脈では、ハイブリッド形成は通常、否定的なものと見なされます。なぜなら、保全生物学のマントラは、種や系統が進化するにつれて、それらが進化した景観で保護することだからです」と述べています。ロサンゼルス。世界の別の場所から外来種を導入すると、侵入種の系統が雑種に飲み込まれたとしても、その結果は壊滅的なものになる可能性があります.
しかし、ハイブリダイゼーションを完全に防止すると、マイナスの影響が生じる可能性もあります。 Mallet、Arnold、Eizirik、および Grants (とりわけ) によって行われている作業が示しているように、地理的に隣接する種間の交配が自然に起こると、種が新しい脅威に適応するのに役立ちます。 「[ハイブリダイゼーションが] 創造的な進化の力である場合、そのプロセスを保持する保護政策が重要であり、最前線に立つべきです」と Shaffer 氏は述べています。
そのため、絶滅の危機に瀕している個体群や絶滅の危機に瀕している個体群に人為的にハイブリダイゼーションを導入するべきではありませんが、それが単独で発生した場合、必ずしも阻止されるべきではありません。また、交雑種であることは自然保護法の下での保護を排除すべきではない、とマレット氏や他の研究者は、交雑が自然で進化的に重要であると考えている. 「ハイブリダイゼーションを継続的に防止すると、これが問題になる可能性があります」と Mallet 氏は述べています。
したがって、多くの専門家は、絶滅危惧種保護法やその他の法律は時代遅れであり、改正が必要であると考えています。プリンストン大学の進化生物学者、Bridgett vonHoldt は、次のように述べています。 「私たちのポリシーは、より柔軟で包括的でなければなりません。」
北米を徘徊するさまざまな種類のオオカミを見てみましょう。灰色オオカミ、メキシコオオカミ、アカオオカミ、東部オオカミはすべて絶滅の危機に瀕しており、かつては別の種として扱われていました。しかし、最近のゲノムの証拠は、アカオオカミと東部オオカミが実際には灰色オオカミとコヨーテの雑種である可能性を示しています。保全政策に関して雑種が占めている暗い地域を考えると、この発見は、保護された地位と、ハイイロオオカミの進化の歴史における生態学的役割に関する複雑な生物学者の理解に疑問を投げかけました.
非常に多くの要因が不明または不明確な場合、保全における最善の行動方針を決定することは非常に困難な作業であり、専門家がまだ解決していません. Shaffer によると、特定の雑種種の環境とゲノムの歴史のニュアンスは、それらの保全にアプローチする方法のニュアンスを必要とします.
「これはバランスをとる行為です」とマレットは言いました。
