科学者たちは、教科書によく出てくる自然淘汰の例を説明する遺伝子を発見しました。 この遺伝子は、まだらな灰色のコショウマダラメイガを黒くします。
1800年代のイギリスで、ある謎が生まれました。 産業革命が起きたばかりのイギリス。 忙しい工場では、薪や石炭を燃やす煙で空を暗くし始めました。 煤煙は木の幹を黒くしました。 ビクトリア朝の科学者たちは、すぐに、コショウマダラメイガ（Biston betularia）の変化にも注目した。 真っ黒な新種が出現したのだ。 それはB. betularia carbonaria、つまり「チャコール」バージョンと呼ばれるようになった。 旧型は「typica」（典型的な型）となりました。
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鳥は、煤で黒くなった木の幹に落ちている旧式の淡い色のコショウガを簡単に見つけることができました。 しかし、新しい色のコショウマダラメイガは、それに溶け込んでしまったのである。
当然のことながら、色の薄い蛾の数が減り、色の濃い蛾が増えていきました。
20世紀後半になると、状況は変わり始めました。 公害防止のための法律が段階的に導入され、企業は大量のゴミを捨てられなくなりました。
20世紀後半になると、公害防止のための法律が段階的に整備され、企業は大量の煤煙を大気中に放出できなくなりました。 やがて、鳥たちが黒い蛾を簡単に見られるようになりました。
汚染によって蛾が黒くなったわけではありません。
汚染によって蛾が黒くなったのではなく、羽を黒くする遺伝子の変化を持った蛾に遮蔽物としての利点を与えたのです。
それでも科学者たちは、黒い蛾がどのようにして生まれたのかについては、謎に包まれていました。 今までは。 イギリスの研究者たちは、タイパガとカルボナリアガの違いを、ある遺伝子の違いにたどり着きました。
科学者たちは、この発見を6月1日付のNatureに報告しました。
遺伝子は、細胞に何をすべきかを指示する命令を保持しています。 遺伝子は、細胞が何をすべきかを指示する命令を持っていますが、時間の経過とともに、明らかな理由なく遺伝子が変化することがあります。 このような変化は「突然変異」と呼ばれています。 今回の研究では、黒い蛾を生み出した「最初の突然変異が何であったかを正確に解明し始めた」と、ポール・ブレイクフィールドは言う。 英国ケンブリッジ大学の進化生物学者である。
コガネムシの翅の色の変化は、科学者が自然淘汰と呼ぶものの一般的な例です。 自然選択では、生物はランダムな突然変異を起こします。 遺伝子の変化の中には、環境に適した、あるいは適応した個体を残すものがあります。 このような個体は、より頻繁に生き残る傾向があります。
最終的には、生き残ったほとんどの個体がその変化した遺伝子を持つことになります。 そして、それが十分な数の個体に起こると、新しい種を構成することができます。
適応と自然選択のもう一つの例は、他の人の色のパターンをコピーしたり、真似したりする蝶です。 蝶の中には、鳥にとって有害なものがあります。 鳥はその蝶の翅の模様を見分けて避けるようになりました。 毒性のない蝶は、遺伝子に何らかの細工をして、毒性のある蝶の翅に似せている場合がある。 鳥はその偽物を避ける。
ペパードモスとチョウの適応の背景にある遺伝子の変化の詳細は、何十年もの間、科学者たちに知らされていませんでした。 しかし、2011年、研究者たちは、蛾と蝶の両方に存在する遺伝子の領域にその特徴を追跡しました。
コガネムシでは、約40万個のDNA塩基を含む領域が注目されました。 塩基とは、DNAを構成する情報伝達のための化学的単位です。 この昆虫の領域には、13の遺伝子と2つのマイクロRNAが存在していた。 マイクロRNAとは、タンパク質を作るための設計図を持たない短いRNAのこと。
遺伝子の変化をスクリーニングする
「『私は翼のパターニングに関わっています』と叫ぶような遺伝子は実際にはありません」と語るのは、イリック・サッケリ氏。 英国リバプール大学の進化遺伝学者である。
サッチェリ氏のチームは、1匹の黒い蛾と3匹の典型的な蛾で、その長いDNA領域を比較しました。 その結果、黒い蛾が明るい色の蛾と異なる点が87箇所見つかりました。 ほとんどの変化は、1つのDNA塩基にあった。 このような遺伝子変異はSNPsと呼ばれている。
1つの違いは、予期しない21,925塩基の長さのDNAのストレッチでした。 それは、何らかの方法でこの領域に挿入されたものでした。 この大きなDNAの塊には、移入可能な要素のコピーが複数含まれていました。 ウイルスのように、宿主のDNAに自分自身をコピーして挿入するDNAの断片である。 淡い色の蛾がいずれかの変化を持っていれば、その変化は黒い翼のいとこの原因ではないことを意味します。 科学者たちは、黒い羽につながる可能性のある突然変異を1つずつ除外していきました。 最終的には、1つの候補が見つかった。
しかし、このジャンピング遺伝子は、あるタンパク質を作るための青写真を提供するDNAにはありませんでした。
しかし、このジャンプした遺伝子は、あるタンパク質を作るための設計図を提供するDNAには着地しませんでした。
このジャンピング遺伝子が、産業革命期に見られた黒い翼の原因であることを確かめるために、サッチェリ氏と同僚は、この突然変異がどのくらい古いものかを調べました。 研究者たちは、歴史上、黒い翼がどれだけ一般的であったかという歴史的な測定値を用いました。 その結果、ジャンピング遺伝子が大脳皮質のイントロンに初めて到達したのは、1819年頃だと計算されました。
サッチェリ氏らは、野生のカルボナリア蛾110匹のうち105匹でこの移入可能な要素を発見しました。
Saccheri氏らは、野生のカルボナリア蛾110匹のうち105匹でこの転座要素を発見しました。
蝶の帯
Nature誌の同じ号に掲載された2つ目の研究は、Heliconius蝶に焦点を当てたものでした。 このカラフルな蝶は、アメリカ大陸中を飛び回っています。 この蝶は、コガネムシのように、1800年代から進化のモデルとされてきました。
ナドー氏は、イギリスのシェフィールド大学の進化遺伝学者です。 彼女のチームは、翼にある黄色い帯の有無に関連する遺伝子変異を調べていました。 この黄色の帯は、美味しそうな種類の蝶が不味そうな蝶に擬態するのに役立つので、重要です。
ナドー氏のチームは、5種類のHeliconiusのそれぞれについて、100万個以上のDNA塩基を調べました。 その中には、H. erato favorinusも含まれていました。 後翅に黄色の帯を持つこの種のすべての個体から108個のSNPを発見しました。 それらのSNPのほとんどは、皮質遺伝子のイントロン内か、その遺伝子の外側にあった。 黄色い帯のない蝶には、これらのSNPはありませんでした。
他の種のHeliconiusの翅に黄色の帯をもたらす皮質遺伝子周辺の他のDNA変化も発見されました。
Looking for proof of what ‘jumping genes’ do
同じ遺伝子が蝶や蛾の翅の模様に影響を与えていることがわかったのは、一部の遺伝子が自然淘汰のホットスポットになっている可能性を示していると、ロバート・リード氏は言います。
チョウやコガの遺伝子の違いは、いずれも皮質遺伝子そのものを変化させるものではありませんでした。 つまり、ジャンピング遺伝子やSNPが遺伝子に何もしていない可能性があるということです。 その変化は、単に別の遺伝子を制御しているだけかもしれないのです。 しかし、皮質が本当に自然選択が作用した遺伝子であるという証拠は強いとリードは言う。 “もし、彼らが間違っていたら、私は驚きます。
それでも、皮質遺伝子がどのように翅の模様を変えるのかは明らかではない、とサッチェリは言う。 蛾や蝶の羽はカラフルな鱗粉で覆われています。 研究チームは、皮質遺伝子が特定の翅の鱗粉の成長時期を決定するのに役立っているという証拠をつかんでいます。 そして、蝶や蛾では、翅の鱗粉の成長のタイミングが色に影響するとリードは言います。 ”
黄色、白、赤の鱗粉が最初に発生し、黒の鱗粉はその後に発生します。
黄色、白、赤の鱗粉が先に発生し、黒の鱗粉は後から発生します。 コーテックスは、細胞の成長にも関与していることが知られています。 そのため、Cortexが作るタンパク質の量を調整すると、翼の鱗の成長が早まる可能性があります。 その結果、ウロコに色がつくのかもしれません。
もちろん、SNPは、人間を含む他の生物の色に影響を与える遺伝子を変えることができます。
しかし、これらの研究で得られた大きなメッセージは、1つの遺伝子の単純な変化が、条件の変化に応じて、種の外観や時には生存に違いをもたらすということだと、科学者たちは言います。