アフリカで最も深い淡水湖には、世界のどこにも見られない数百種のシクリッド魚を含む、めまいがするほどの動物が生息しています。彼らはタンガニーカ湖の水に群がり、虹のほとんどの色のうろこや縞模様があります。そこにいるシクリッドの一種は、1インチ強の大きさです。他のものは長さ 2 ～ 3 フィートです。ワイオミング大学の植物学助教授であるキャサリン・ワグナーは、「これらの魚と一緒に水中でシュノーケリングをしているとき、それらがどれほど異なっているかは驚くべきことです.歴史を通して、地元の漁師はシクリッドを餌として網に引き上げてきましたが、数十年にわたって世界中の研究者がその豊かな多様性を理解するためにこれらの魚を収集してきました.
Nature で最近発表された研究 タンガニーカ湖のシクリッドに関する新しい豊富なデータを提供し、それを使用してこれらの魚の進化の野生の衰退と流れを概説します.
バーゼル大学動物学研究所の准教授であり、この研究の上級著者であるウォルター・ザルツバーガーは、これは非常に多くの種が進化するのに非常に短い時間であると述べています。そして、このプロセスは段階的でもランダムでもありませんでした。データは、これらのシクリッドが主にバーストで進化したことを明らかにしています. 「これらの加速された進化のパルスがどれほど明確で明確であるかは、依然として驚くべきことです」と Salzburger 氏は述べています。
これらすべての種の出現をマッピングするのに、ザルツブルガーのチームは数年を要しました。研究者たちは、科学的記録やシクリッドについて書かれた本や雑誌の記述を追跡した後、湖のシクリッド種のリストをまとめました (シクリッドは非常に視覚的に印象的で、観賞魚として人気があります)。アフリカでの数か月間、ワニやカバと遭遇する合間に、研究者たちはシュノーケリングやダイビングを行い、可能な限りすべてのシクリッドの例を集めました。湖の漁師は、ダイバーが到達できない深部に生息する標本を提供しました。 「ボートを見るたびに、『何を持っているの?』と聞いていました」とファブリツィア・ロンコは言いました。 バーゼル大学のポスドク研究者であり、この研究の筆頭著者です。最終的に、彼らはタンガニーカ湖の 240 種のシクリッド種のほぼすべてのコレクションを集めました。これには、これまで記載されていなかった数十種が含まれます。
陸上に戻って、研究者たちは魚をスキャンして骨格構造を調べ、遺伝子の違いを調べ、化学組成を分析して、それぞれが占める生態学的ニッチの手がかりを見つけました。チームは、すべての種がどのように関連しているか、いつ互いに分岐したかを明らかにするのに十分な詳細を蓄積しました.
「これは素晴らしい量のデータです」と Wagner 氏は言います。 「これほど多くのゲノムを配列決定できるとは、10 年前の夢であり、私たちの目の輝きでした。」
1つの発見は、ほんの一握りの種を除くすべての種が、わずか約970万年前に生きていた共通の祖先を持っているということでした.これは、タンガニーカ湖が形成されたと考えられている直後に対応しており、このことは、この種がその 1 つの祖先種から湖内で進化したことを強く示唆しており、数千年にわたる複数の植民地化イベントからではありません。
この事実は、タンガニーカのシクリッドが適応放散に関するアイデアをテストするための理想的な対象であることを研究者に確認しました。これは、多くの多様な種が急速に出現し、新しい環境ニッチに適応する進化イベントです。進化論者は、適応放散がどのように展開するかについて 2 つのモデルを持っています。 1つは、体の形態のいくつかの側面における急速な多様化により、最初に新しい種が爆発的に発生し、その後、利用可能なニッチがいっぱいになるにつれて種分化が遅くなります.もう 1 つのモデルでは、種の違いは、系統が利用可能な機会を切り開くにつれて、段階的に現れます。つまり、種分化率は、時間の経過とともに増減する可能性があります。進化生物学者は、これらの理論のいずれかを補強する限られた証拠しか明らかにしていません.
驚いたことに、研究者がシクリッドのデータを調べたところ、両方のモデルが関連しているように見えました。シクリッドの大部分は、適応放散の 3 つのエピソードで進化しました。1 つは体型の変化、もう 1 つは口の形の変化、もう 1 つは魚の喉の顎の 2 番目のセットの変化に基づいています。進化の最初のパルスは、体の形が異なる多数の新種を生み出しました。これは、種分化が適応放散の始まり近くに集中しているという考えを支持するものでした。しかし、口とあごの形を含むその後の種分化の噴出では、進化の速度はプロセスの後半で高くなるように見えました。 「適応放散のさまざまな段階では、さまざまな形状が重要であるように思われました」とロンコは言いました。
このシクリッドのデータ セットは、適応放散の独自の詳細で豊富な図を提供しますが、これらのパターンがすべての場合に当てはまるとは限りません。たとえば、アフリカの湖のシクリッドに関する他の研究では、段階モデルに適合しないパターンが見つかりました。ケンブリッジ大学の動物学研究員である Joana Isabel Meier によると、タンガニーカ湖からの新しいデータは、「確かに適応放散の段階と矛盾していません」が、確定には程遠いものです。
「生物多様性を決定するものは何かという問題は、ウォレスとダーウィンが進化論を考え出して以来、進化生物学者を悩ませてきました」とザルツバーガーは言いました。新しい研究は決定的な答えを提供していませんが、シクリッドの進化系統樹におけるおそらく明らかな不均衡を明らかにしています.いくつかの枝は豊富な種の形成を見ましたが、他の枝はまばらなままでした.これらの違いの中で、研究者は興味深い関係を見つけました。最も遺伝的に多様なシクリッド種は、より多くの種を生み出した枝からのものでした。最も少ない枝は、最も遺伝的に均一な種を保持していました.
枝ごとの遺伝的多様性のこの違いは、異なるシクリッド種が交配し、より多くの遺伝的多様性をゲノムに導入するハイブリダイゼーションによって説明できます。 「この考えはあちこちに浮かんでいて、それを裏付ける証拠がますます増えています」とワーグナーは言いました。ハイブリダイゼーションは、適応放散を構成する爆発的な進化を助長すると疑われることがよくあります。 「しかし、これは一種の別の見方です。ハイブリダイゼーションは非常に普及したパターンである可能性があります」と彼女は言いました.
研究者は、シクリッドの枝間よりも枝内での交配が多い場合、不均衡を引き起こす可能性があることを示唆しましたが、これが発生したことはデータから明らかではありませんでした.しかし、ハイブリダイゼーションは、シクリッドの進化の初期段階でさらに中心的な役割を果たす可能性がある、と Meier は述べた。シクリッドの祖先における交配は、非常に多くの種を生み出した適応放散の引き金となった可能性さえあります。
このコントラストの原因となる要因 - 一部のシクリッドの枝では豊富な種分化が行われ、他の枝ではほとんど種分化されない - は、研究者の注目を集め続けています。 「それこそが、欠けている部分だと私は考えています」とワーグナーは言いました。ハイブリダイゼーションは、急速な進化の機会を開く可能性があります。種が利用できる資源がその進化を形作ったり、他の近くの生物がそれを指示したりする可能性があります。ランダムな場合もあります。しかし、タンガニーカ湖は「進化の仕組みを理解するための小さな小宇宙のようなものです」とワーグナーは言いました。 「最終的には、これらすべてのデータ セットが組み合わされて、本当に信じられないほどの理解が得られることを願っています。」
