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マイケル・ベーエ
2022/8/15 6:37
科学が進歩すればするほど、ダーウィンはますます無惨な姿になります。
私は2019年の著書『Darwin Devolves』で、ランダムな突然変異と自然選択がデボリューションの強力な力であることを示しました。つまり、それらはすぐに遺伝情報の喪失につながります。なぜなら、多くの環境的状況において、ある生物種の運命は、既存の遺伝子を壊したり、鈍化させたりすることで最も早く改善できるからです。要点をつかむために、私は車の燃費を改善する手っ取り早い方法というアナロジーを使いました。すなわち、ボンネットを除去し、ドアを捨て、あらゆる余分な重量を取り除きます。それは車がより遠くまで行くのには役に立つかもしれませんが、車の特徴の数も減らしてしまいます。そして、今や捨てられてしまったそれらの部品が、そもそもどのようにしてそこに来たのかを説明していないことも確かです。
最重要点
生物学でも同じことが言えます。最も早く到来する有益な突然変異は、遺伝的特徴を新たに構築するよりも、むしろ分解する可能性が非常に高いのです。『Darwin Devolves』で実例として取り上げられたホッキョクグマは、数十万年前にハイイログマから枝分かれして以来、多くの有益な突然変異を蓄積してきました。しかし、これらの有益な突然変異の大部分は、既存の遺伝子を破壊したり、損傷を与えたりする分解的なものです。例えば、毛皮の色素形成に関わる遺伝子が損傷を受け、この動物は白くなりました。これは有益でした。また、脂肪代謝に関わる別の遺伝子が分解され、この動物は北極圏での主食であるアザラシの脂肪をたくさん消費できるようになりました。これもまた有益でした。これらの突然変異は、その時点ではその種にとって良いものであり、生存可能性を向上させるものでした。しかし、分解性突然変異は、機能する遺伝子がそもそもどのようにしてそこに行き着いたのかを説明しません。さらに悪いことに、変化する環境に適応するために遺伝情報を容赦なく焼失させることにより、種は進化的にもろくなり、より絶滅しやすくなります。これが最重要点です。ランダムな突然変異と自然選択は種の適応に役立ちますが、ダーウィン的過程では洗練された生物学的システムの起源を説明することができません。
『Darwin Devolves』では、ウーリーマンモスの冷凍死体から抽出したDNAの研究にも、デボリューションの見本として言及しました。「26の遺伝子が著しく分解されていることが示され、その多くは (ホッキョクグマと同様に) マンモスが歩き回っていた極寒の環境では決定的に重要な脂肪代謝に関与していた」。それは過小評価であったことが判明しました。さらにいくつかのウーリーマンモスの遺骸からDNA配列を決定した新しい論文1では、本当の数はその3倍以上であり、近縁のゾウと比較して87の遺伝子が壊れていると述べています。著者たちは、破壊された遺伝子がもたらす利点について書いています (読みやすくするため参照文献は省略しました)。
インデルや欠失の結果として起こる遺伝子喪失は適応的である可能性があり、そのような変異体の運命を精査する複数の事例研究により、正の選択下での遺伝子喪失と哺乳類の表現型との関連性が明らかにされてきている。実験室での選択実験では、遺伝子喪失が多様な環境条件への適応の原因となることが頻繁にある。我々がウーリーマンモスの間で固定化されたそのようなインデルと大きな欠失に焦点を当てたことからすると、これらのタンパク質変化変異の大部分は適応的効果を伝達し、マンモスの進化のある時点で正の選択下にあった可能性がある。これらの遺伝子に特定の生物学的機能が過剰発現していることは確認できなかったが (方法を参照)、影響を受けた遺伝子の多くは、体脂肪量や体脂肪分布 (EPM2A, RDH16、SEC31B)、毛皮の成長および毛包の形と大きさ (CD34、DROSHA、TP63)、骨格形態 (CD44、ANO5、HSPG2)、耳の形態 (ILDR1、CHRD)、体温 (CES2) など、マンモス特有の既知の表現型に関連している。また、我々は体のサイズに関連するいくつかの遺伝子 (ZBTB20、CIZ1、TTN) を発見したが、これらは更新世後期におけるウーリーマンモスのサイズ減少に関与している可能性がある。
さらに多くのことがある
重要なのは、これらの遺伝子の損失は余興ではなく、ゾウをマンモスに変え、動物を変化する環境に適応させるための出来事であるということです。そうです、よくやっています。しかし、その遺伝子は永遠に失われ、次の環境の変化には役立たないのです。おそらく、そのことが最終的なマンモスの絶滅に寄与したのでしょう。
上に引用したように、マンモス論文の著者たちは、遺伝子喪失が適応的となり得ることを指摘していますし、私が以前に見たことが無かったある論文を引用しています。確認してみたところ、それは酵母の実験室進化の素晴らしい研究です2。ヘルセン他 (2020年) は、ゲノム内で異なる遺伝子をそれぞれ1つずつノックアウトした酵母株のコレクションを使用しました。彼らは、ノックアウト酵母をストレスの多い環境で育て、微生物がそれに対応するためにどのように進化していくかを観察しました。その結果、異なる遺伝子が当初ノックアウトされていた多くの酵母株が回復し、中にはその環境下で野生型酵母よりも適合性が上回るものもありました。著者たちは、進化的に回復した事実を強調しました。しかし彼らは、すべての株が他の遺伝子、つまり実験開始時に損なわれていなかった遺伝子を壊すことによって立ち直ったことも明確に述べています (しかし、その事実の重要性には気づいていないようです)。どの株も新しいものを構築せず、すべてがデボリューションしたのです。
当然でしょうね
それは驚くほどのことではありません。少なくとも振り返ってみると、デボリューションが起こるに違いないことは容易に分かります。なぜなら、有益な分解性突然変異は有益な構築性突然変異よりも豊富であり、したがって増殖するための自然選択ではより早く到来するからです。ここで語られている最近の結果は、『Darwin Devolves』で収集された、ダーウィンのメカニズムが強力にデボリューション的であることを示す証拠に、さらに証拠を積み重ねたに過ぎません。この単純な認識は、快適な現代の実験室における酵母の進化的行動から、数百万年前のありのままの自然におけるメガファウナの種分化まで、そしてほぼ確実にその間のすべてに及ぶ結果を鮮やかに説明しています。
参考文献
- van der Valk, T., Dehasque, M., Chacon-Duque, J. C., Oskolkov, N., Vartanyan, S., Heintzman, P. D., Pečnerova, P., Diez-del-Molino, D., & Dalen, L. (2022) Evolutionary consequences of genomic deletions and insertions in the woolly mammoth genome. iScience. 25 (8), 104826-104826.
- Helsen, J., Voordeckers, K., Vanderwaeren, L., Santermans, T., Tsontaki, M., Verstrepen, K. J., & Jelier, R. (2020) Gene Loss Predictably Drives Evolutionary Adaptation. Molecular Biology and Evolution. 37 (10), 2989-3002.
