地球上の生命の 38 億年の歴史の詳細を明らかにしたいと考えている科学者は、5 億年前よりも前に目を向けるとすぐに、暗い領域にいることに気づきます。それ以前は、微生物が地球を支配していましたが、後に出現した動物や植物とは異なり、古代の過去を示す化石をほとんど残しておらず、遺伝子から家系図を推測しようとする試みはイライラすることが証明されています.
しかし、今月初めに Nature Ecology &Evolution に掲載された 2 つの論文 進化の研究をより明確にする態勢が整っています。 35 億年前に初期生命体が果たした役割について、追加の証拠がすでに 1 つ提供されています。彼らの成功の鍵は、多くの研究者がツールではなく進歩の障害と見なしているものを活用する方法を見つけることにありました.
従来、科学者は生命の木の年代を特定するために「岩石と時計」に頼ってきました。地質学的記録からの化石の証拠と、「分子時計」による推定では、関連する種がどのくらい前に分岐したかを推測するために、それらの生物に突然変異が蓄積される速度を分析してきました。ゲノム配列。しかし、問題があります。分子時計の速度は系統によって異なります。たとえば、霊長類よりも齧歯類の方がはるかに速いため、化石データに対して調整されていないと、間違った結論につながる可能性があります。
そのため、進化の歴史の大部分の斑点のある化石記録が問題となっています。さらに複雑なことに、その歴史は、微生物が親細胞から垂直に遺伝子を受け継ぐのではなく、遠縁の種からの遺伝子を自分のゲノムに組み込むプロセスである水平遺伝子伝達によって特徴付けられます。 (水平遺伝子伝達の影響の 1 つは、前世紀の細菌間の抗生物質耐性の広がりに見ることができます。) 何十億年にもわたって、それは微生物の間で非常に支配的な進化の力であったため、一部の科学者は生命の木の比喩を放棄しました。正確に再構築できないもつれたウェブを支持します。彼らは、遺伝子伝達が種間の境界線を曖昧にしすぎていると主張しており、どのゲノムの遺伝子も、多様な生物間の関係を有用に明らかにするには、あまりにも多くの異なる物語を語ることができる.
そのため、生命の木に関する研究では、遺伝子の伝達を無視する傾向があり、それらをノイズとして定義してきました。しかし、今月の一連の論文の背後にある 2 つのチームは、すぐにそれらを却下すべきではないと述べています。フランスのリヨン大学の生物学者である研究の著者である Vincent Daubin は次のように述べています。彼らが生きていたとき、彼らが生態学的接触を持っていたのは誰ですか。」
ダウビンと、ハンガリーのエトヴェシュ ロラーンド大学の進化生物学者であるゲルゲリー ショーレシは、この取り組みを支援するために 2012 年に導入した一連の確率的アルゴリズムを開発してきました。このアルゴリズムは、たとえば 2 つの種の DNA 配列を比較し、それらの違いが遺伝子の導入、重複、または欠失の結果である可能性を評価することができます。どのような家族関係が可能であるかを論理的に再構築するため、転送をマッピングすることは特に有用な演習です。特定の転送について、遺伝子ドナーの祖先はレシピエントの子孫よりも古い必要があります.そのような多くの移動を特定することにより、科学者は関係する種分化の相対的な順序を整理できます。
最近の研究で、Daubin、Szöllősi、および彼らの同僚は、さまざまな微生物からの何千もの遺伝子ファミリーにその方法を適用しました。シアノバクテリアと呼ばれる酸素を生成する光合成細菌の 40 種、古細菌と呼ばれる単細胞微生物の 60 種、および菌類の種。 「水平遺伝子伝達は足場として機能します」と、この研究には参加していないロンドンのクイーン・メアリー大学の生物学者であるマリオ・ドス・レイスは言いました。 .」
単に相対的な順序ではなく、生物のグループ間の実際の分岐の日付を特定するために、チームは「岩と時計」法によって提供された家系図を使用して調査結果を調整しました。彼らは最終的にこれらの技術を組み合わせて、水平遺伝子伝達も説明する分子時計推定値を策定することを望んでいます.
その間、彼らは自分たちの研究を生命の木全体に適用し続け、より確固たる進化の歴史を構築します。彼らは、はるか昔のある時点で現代のゲノムに遺伝子を与えた絶滅種のシグナルを見つけるために、転移を利用する可能性さえあります。 Szöllősi 氏は、「遺伝子導入を追加した場合に、どれだけの解像度が得られるかを確認したいと考えています。」と述べています。
より正確な年代測定は、生物学者が長い間悩まされてきた疑問に答えるのに役立ちます。例えば、シアノバクテリアは、24 億年前に起こった酸素関連の大量絶滅イベントにどの程度貢献したのでしょうか?そして、それは動物の最終的な進化にどのような影響を与えたのでしょうか? 「すべてが関連しています」とドス・レイスは言いました。
マサチューセッツ工科大学の 2 人の研究者は、単一の水平遺伝子導入イベントを使用して、そのような問題の 1 つについてさらに洞察を得ました。 (編集者注:彼らの研究は、Quanta を発行している Simons Foundation によって支援されました。 .) 地球がまだ若い頃、約 38 億年前、太陽は弱すぎて、液体の水を独自に維持するのに十分なほど地球を暖かく保つことができませんでした。代わりに、大気中のメタンが地球を暖かく保ちました。しかし、このメタンの発生源については議論の余地がありました。その時代のメタン生成微生物の証拠は乏しく、代わりに非生物学的反応から形成された可能性があるからです.
進化生物学者のグレゴリー・フルニエと彼の博士研究員ジョアンナ・ウルフは、メタン生成（メタン生成）古細菌がシアノバクテリアの祖先に移したよく知られた遺伝子セットに目を向けた. . 2 つの微生物グループは遠縁にしか関連していませんでしたが、遺伝子導入により、研究者はシアノ バクテリアの系統樹とその化石を使用して、古細菌の分子時計データをより正確に年代測定することができました。研究者らは、メタンを生成する微生物が約 35 億年以上前に存在していたことを確認し、それらが初期の大気中のメタンの供給源であると特定した以前の研究を裏付けています。 Daubin と Szöllősi は、独自の手法で生成された家系図でその発見を独自に裏付けました。
このような水平遺伝子伝達の使用には、他の用途もあります。 Daubin と Szöllősi は、彼らのアルゴリズムでは、移動イベントは数学的に、ウイルスや微生物が新しい宿主種にジャンプすることに関連する遺伝子変化に非常に似ていることに注目しています。リヨン大学の研究者である Nicolas Lartillot 氏によると、適切なデータがあれば、彼らの方法を使用して、例えば、人間のマイクロバイオームの歴史や、 HIV および関連するレトロウイルス。
ドス・レイスは同意した。 「これらのアプローチを使用して、信じられないほど遠い過去を過去に遡ることは非常にエキサイティングです」と彼は言いました。
