約 10,000 年前、現在のネブラスカとなる場所に明るい色の石英が堆積し始め、最終的に 50,000 平方キロメートルを超える面積を覆う砂丘が形成されました。ネブラスカ サンド ヒルズ地域は、明確な草原生態地域として指定されており、カリスマ的なバイソンやプロングホーンを含む多様な動植物が生息しています。この比較的最近の地質学的特徴は、その最小の居住者の 1 つであるシカネズミ (Peromyscus maniculatus) の自然の進化実験室としても機能しています。 ).
シカネズミの毛色は、濃い灰色から薄い黄褐色まで劇的に変化します。興味深いことに、ダーク マウスは周囲の濃い灰色の土壌でよく見られますが、地質学的に最近の明るい色のサンド ヒルズの生息地に生息するマウスは通常、より明るい色をしており、サンド ヒルズ マウスのより明るい毛色が最近進化したことを示唆しています。この色のバリエーションの進化は、フクロウやタカのような主に視覚で狩りをする鳥類の捕食者に対する生息地に溶け込むコートの色の自然な選択によって駆動されるという仮説が立てられています.しかし、シカネズミの毛色がどのように進化したかを本当に理解するには、世代から世代へと受け継がれる有利な毛色の遺伝情報を提供する遺伝子のレベルまで、さらに深く掘り下げる必要があります。生物学における長年の課題は、遺伝子内の突然変異を、自然淘汰の対象となる形質のバリエーションに関連付けることでした.
この研究では、野外実験と実験室での実験を組み合わせて、この関係を確立します。最初に、シカネズミの野生個体群を用いた大規模な野外実験を実施し、毛色の自然淘汰を直接推定しました。 14,000 kg の鋼鉄、いくつかの重機、大量の手作業、血、汗、涙を使用して、サンド ヒルと土壌の両方に複数の大きな囲いを構築しました。夜明け前に数週間起きてネズミ捕りを仕掛け、ガラガラヘビを数回怖がらせた後、何百匹もの野生のネズミを捕まえることができました。次に、サンド ヒルの内外で捕まえた無線タグを付けた約 100 匹のマウスを各囲いに入れ、上空からの猛禽類の攻撃に耐えられるマウスを待ちました。
3 か月後、元のマウスと生き残ったマウスの毛色と遺伝子の違いを比較しました。最初に、コートの色が囲いの生息地と一致するマウスは、生き残る可能性が高いことを発見しました。平均して、暗い土壌で生き残ったマウスは、元の個体よりも毛色が濃く、明るい砂地で生き残ったマウスは毛色が薄かった。さらに、遺伝子 Agouti の突然変異の頻度に大きな変化が見られました。
これらの変異が本質的に重要であることを示すことも重要でしたが、マウスの毛色に直接影響を与えることも実証したかったので、フィールド ブーツを脱いで白衣を着用しました。研究室では、これらの変異の 1 つである単一のアミノ酸の欠失に注目しました。それを実験用マウスに遺伝子操作することにより、欠失を持つマウスは、毛の黄褐色の色素（フェオメラニン）が大幅に少ないため、毛色が明るいことを発見しました。生化学的試験により、この欠失により、アグーチタンパク質と色素産生細胞の膜内の特定の受容体（アトラクチン）との間の相互作用が減少し、色素が減少することが確認されました。最後に、我々はネブラスカに戻った実験用囲いの野生のシカネズミに戻り、暗い囲いの中でこの欠失が実際に予想通りに減少したことを示しました.
これらの実験で、1 つの遺伝子 (Agouti ）生態学的圧力（鳥の捕食）による自然淘汰（生存に影響を与える）の下にある形質（コートの色）を変更します。明るいマウスと暗いマウスの生存率の差は、遺伝子レベルでフィードバックされ、時間の経過とともに特定の突然変異が多かれ少なかれ一般的になる.遺伝子、形質、および生存の間のこれらの因果関係を実証することで、実験室の微生物以外ではめったに観察されない、実際の進化の全体像が得られます.
これらのエキサイティングな結果は、特定の条件下での特定の形質の野生での進化を予測できるという証拠を提供します。この予測可能性が他の種の他の形質にも当てはまるかどうかは、遺伝学を形質と生存に結びつけるさらなる実験が必要です.進化が比較的急速に起こる可能性があること、人間がますますこれらの変化の原因となっていること、そして進化が重大な生態学的、医学的、経済的結果をもたらす可能性があることを認識し始めるにつれて、そのような研究はより重要になっています.
