たった一つのミツバチの群れがどのようにして種の侵略を招いたのか

進化論的に言えば、すべての外来種は並外れた存在です。何百万年もの間生き延びるよう進化してきた本来の生息地から生物を連れ出し、新しい場所に置くと、偶然に繁栄します。さらに奇跡的なのは、外来種が新しい環境にやってくる当初は数が少なく、生息地よりもはるかに少ない遺伝的多様性しか持っていないことが多いことです。遺伝的多様性の低下は「遺伝的ボトルネック」と呼ばれ、困難に直面した際の適応力と柔軟性が低下することを意味します。

これは侵入の遺伝的パラドックスです。遺伝的に同質な小さな生物のグループが、故郷から遠く離れた場所に移されても、広範囲に蔓延する害虫になることがあります。たとえば、サトウキビの作物を食べる昆虫を駆除するためにオーストラリアに持ち込まれたオオヒキガエルの有名な例は、それ自体が急速に拡大し続ける脅威となりました。

明らかに、多くの外来種は進化の障害にもかかわらず繁栄しており、オーストラリアの生態系を混乱させている侵入者はオオヒキガエルだけではありません。刺したりブンブン鳴いたりする環境脅威に関する新しい研究は、その方法と理由についていくつかの洞察を提供します。

驚きの選択

2月29日にCurrent Biology誌に発表された研究で、科学者らはオーストラリアにおけるアジアミツバチ（ Apis cerana ）の拡散を分類し、侵入集団の遺伝的変遷を分析した。その結果、現在オーストラリア北東部で活発に活動している数万の巣は、2007年頃にクイーンズランド州の港に持ち込まれた単一の蜂群（繁殖期の女王蜂1匹と働き蜂）に由来する可能性が高いことが判明した。研究によると、当初は極端な遺伝的ボトルネックがあったにもかかわらず、わずか10年の間に昆虫は自然選択によって再び多様化し、外来の生息地に適応し始めたという。1匹の女王蜂が十分な遺伝的多様性を持ち、生存可能な集団全体を活性化させることができた。「我々のデータは、遺伝的ボトルネックが適応能力にほとんど影響しない可能性があるという見解を裏付けている」と研究著者らは書いている。

「選択を発見できるとは思っていませんでした」と、トロントのヨーク大学の生物学者で主任研究者のキャスリーン・ドガンツィス氏は言う。通常、自然選択のパターンが現れるには長い時間がかかる。「集団が新しい環境に順応し適応するには、もっと長い時間がかかると想定されています。しかし、非常に短い期間、つまりこの10年の間に、ゲノムの特定の領域がミツバチの個体数増加に貢献していることを示すことができました」とドガンツィス氏は説明する。

「遺伝的多様性がほとんどないにもかかわらず、これらの昆虫は自分たちが持ち込んだものを適応の基礎として利用することができた」とヨーク大学の生物学教授で共同主任研究著者のアムロ・ザイード氏は言う。

この研究は「素晴らしい話で、非常に洞察に富んでいる」と、イリノイ大学で生物の侵入を研究している昆虫学教授のアンドリュー・スアレス氏は言う。同氏は今回の研究には関わっていない。ドガンツィス氏、アムロ氏、および同僚たちは、侵入蜂の意外な起源を突き止めただけでなく、オーストラリアでこの昆虫が具体的にどのような遺伝子変化を起こしているかにも焦点を絞った。研究によると、選択は社会構造、生殖、採餌に関連する蜂の遺伝子に作用しているようだ。この研究結果は、リアルタイムで進化を示しており、蜂が適応した生息域でどのような圧力にさらされ、どのように対応してきたかを示している。「それを見て興奮しました」とスアレス氏は付け加えた。

侵入種の起源

アジアミツバチは、アフガニスタンから日本まで、アジアの広い地域に生息しています。生息域では、重要な花粉媒介者であり、生態系の重要な一部です。しかし、ミツバチが原産ではないオーストラリアでは、花の資源をめぐって在来の昆虫、鳥、哺乳類と競合したり、本来は在来種にとって重要な生息地となる木の洞に巣を作ったりすることがあります。また、アジアミツバチは、農業生産の促進に利用されているヨーロッパミツバチの人間が管理する巣箱を脅かしています。

オーストラリアに最も近い在来種はインドネシアだが、1970年代に蜂蜜や農業用に人々がこの昆虫をニューギニアに持ち込んだ。そして、この新しい研究によると、クイーンズランドの海岸にたどり着いた群れはここから来たという。研究者らは、在来種のインドネシアの個体群、導入されたニューギニアの群れ、そして侵入したオーストラリアの巣のゲノム配列を比較し、オーストラリアとニューギニアのミツバチは大部分が近縁関係にあることを発見した。

ミツバチ大収穫

そこから、アムロ、ドガンツィス、および共同研究者らは、2008年から2018年にかけてオーストラリアのミツバチの個体数が推定1万～5万コロニーに爆発的に増加した際、オーストラリアのミツバチの全ゲノムが毎年どのように変化したかを調べた。多段階の分析を通じて、ミツバチの生存に多大な影響を及ぼし、正の選択を受けていると思われる481個の小さな遺伝子変異（一塩基多型またはSNPとして知られる）を特定した。言い換えれば、これら481個の遺伝子変化は、ミツバチにとって有益であることを示唆する非ランダムなパターンで集団全体に広がった。これらの変異のうち471個は、インドネシアまたはニューギニアのミツバチの集団にまで遡ることができ、これらの適応のほぼすべてがオーストラリアの最初のコロニーによってもたらされ、ほんの数個が新しい突然変異の産物である可能性があることを示している。

よく研究されているヨーロッパミツバチのゲノムを参考にして、科学者たちはこれらのSNPの働きを予測することができた。彼らは、遺伝子のいくつかが生殖、ミツバチの階級形成、採餌行動に関連していることを発見した。これらはすべて、生存と新しい環境の管理に重要と思われる特性である。「遺伝的多様性のほとんどが失われても、種は非常に急速に適応することができます」と、シドニー大学の進化生物学者で共同主任研究著者のロス・グロッグ氏は言う。「それは、多様性が低くても、自然淘汰が何か活用できるものを見つけるからです」と彼女は付け加える。

限界と可能性

これらの調査結果だけでは、どこまで広く推定できるか、あるいは推定すべきかについては、いくつかの限界がある。まず、「侵入が成功した場合のみ観察できる」とザイード氏は言う。つまり、データには固有の偏りがあるということだ。侵入に成功したコロニーの前に、オーストラリアに到達したアジアミツバチのコロニーがいくつあったかは誰にもわからない。そのため、1つのコロニーが増殖し多様化することは可能だが、保全活動においてそれを期待すべきではないと彼は付け加える。さらに、ミツバチやその他の社会性昆虫は、新しい生息地に生息することに関しては特定の利点がある。女王蜂は複数の雄と交尾して精子を貯蔵し、複数の父系の多様性を反映した卵を継続的に産むことができる。ハチやアリは繁殖が早く、女王蜂は1日に数千個の卵を産むことができる。また、コロニー構造により、資源を集めたり危険から身を守ったりすることが容易になる。

また、研究者の遺伝子分析には固有の限界があると、ミシガン大学の進化生物学助教授で、今回の研究には関わっていないナタリー・ホフマイスター氏は言う。この手法はパターンを検出し、相関関係の可能性を示唆することはできるが、遺伝子変化の原因を証明することはできないと同氏は説明する。ホフマイスター氏はさらに、研究者が使用した方法は急速な進化の変化を捉えるために開発されたものではなく、481のSNPが選択の結果ではない可能性もある（可能性は低いが）と指摘する。

それでも、「これは素晴らしい研究です」と彼女は言う。これは、生物学的導入の進化に関する研究の増加に加わり、検証する価値のある多くの将来の仮説を立てるものだ。将来の種の侵入からよりよく守り、ある動物が他の動物より成功できる理由を理解するには、分類群全体にわたってこのような研究をさらに行う必要があるとホフマイスターは言う。

スアレス氏も同意見だ。複数の時点でゲノム全体を観察するという戦略は「本当にエキサイティング」だと同氏は言う。種の侵入は多くの環境的悪影響を伴うが、明るい面としては、進化を研究するまたとない機会となることだ。同氏の見解では、この研究は、ある特定の昆虫の侵入がどのように展開したかを明らかにするだけでなく、生物学的に何が可能なのか、将来の種の侵入のリスクをどう評価するかについての理解を深めるものだ。たった 1 つのコロニーが、個体群全体を刺激する可能性がある。この知識は、有害な動物の拡散を抑制しようとする人々と、個体数が減少する絶滅危惧動物を救おうとする自然保護活動家の両方に役立つ可能性があるとスアレス氏は言う。「この種のアプローチから、生物学全般にわたって学べる教訓は非常に多い」と同氏は言う。