偶然かパターンか？ナナフシは行動において反復的な進化を示す

ナナフシの細い体の表面には、見た目以上に多くの機能がある。ナナフシの中には、捕食者を避けるために植物に溶け込む種もいる。このカモフラージュを進化させた方法は、進化の謎の一部である。特定の身体的特徴は偶然に進化したのか、それとも予測可能なパターンに従って進化したのか。30年分のデータを精査した結果、科学者チームはナナフシの反復可能な進化の証拠を発見した可能性がある。この発見は、5月24日にScience Advances誌に掲載された研究で説明されている。

進化のやり直し？

進化論、特に進化がどのように展開するかについては、いまだに多くの未解決の疑問が残っています。進化論は簡単に観察できる順序で起こるのでしょうか、それとも偶然の出来事に左右されるのでしょうか。進化論の科学者、故スティーブン・ジェイ・グールドは、この現象を「生命のテープを再生する」と表現しました。1989 年に出版されたノンフィクション『ワンダフル・ライフ: バージェス・シェールと歴史の本質』に出てくるこの比喩は、深い疑問を投げかけています。もし再び進化する機会が与えられたら、地球上の生命は今私たちが知っているものと似たものになるのでしょうか、それともまったく異なるものになるのでしょうか。

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「これを二者択一の質問として捉えるのは、あまりにも単純すぎる」と、研究の共著者でユタ州立大学の進化生物学者ザカリア・ゴンパート氏は声明で述べた。「答えは『完全にランダム』でも『完全に決定論的で予測可能』でもない。しかし、短い時間スケールで調べると、予測可能で反復可能な進化パターンが見つかる」

ナナフシや一般的な進化活動の場合、変化が偶然に起こるのか、それとも確実な順序で起こるのかは、はるかに微妙な問題です。それは多くの場合、貴重な資源、つまり時間の問題になります。

謎めいたカラーチェンジャー

研究チームは、多形性のナナフシの一種Timema cristinaeに注目した。この羽のない虫は北米全域に生息し、体の色や模様が多様である。  緑色のものもあり、カリフォルニア ライラックの低木に溶け込みます。また、緑の縞模様のものもあり、同様の模様のシャミーズ低木に隠れると見えなくなります。このような植物に隠れることは、カケスなどの空腹の鳥に対するT. christinae の重要な防御策の 1 つです。

「鳥による捕食は、昆虫の色彩や縞模様の有無など、昆虫の生物学的特徴を常に形作る原動力となっている」とゴンパート氏は言う。

研究者らは、カリフォルニア州の野生のT. cristinae の10 個体群における隠蔽色パターンの頻度に関する 30 年分のデータを精査した。その結果、昆虫の個体群すべてにおいて柄の頻度に予測可能な変動が見られ、これは繰り返される進化のダイナミクスが働いていることを示している。ゴンパート氏によると、これらの変動には負の頻度依存自然選択 (NFDS) の現象が関与しているという。これは、縞模様のような隠蔽色パターンが、よく見られるよりも珍しい場合の方が有益であると見なされる場合である。ナナフシの場合、鳥がパターンを知っていれば、より豊富な獲物を探すためのよりよい方法を開発できるためである可能性が高い。

「短期的なスケールでは、既存の変異を伴う進化はかなり予測可能です」とゴンパート氏は言う。「鳥が昆虫を食べるなど、特定の要因が常に存在すると予想できます。」

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より長い時間スケールでは、こうした進化のダイナミクスは予測しにくくなります。昆虫の個体群は、現状とより予測可能な結果を​​混乱させる、干ばつや洪水のような偶然の出来事を経験するかもしれません。より長い時間スケールでは、種の新しい突然変異によって、まれな特徴がランダムに導入される可能性があります。

「これは、真のランダム性に限りなく近い。珍しいものは偶然に失われやすいため、新たな突然変異が定着する前に消滅してしまう可能性が非常に高い」とゴンパート氏は語った。

比較すると、チャミーズ植物も食べる、タイムマナナフシの別の種は、こうした縞模様の変異をまったく持たないか、すぐに失いました。これは、昆虫の体の縞模様の進化は、これほど長い時間スケールでの進化の再現可能な結果ではないことを意味します。

「時間を急ぐことはできない」

チャールズ・ダーウィンのフィンチに関する有名な研究を含め、自然集団の反復的な長期研究はまれです。この研究は 1 つまたは少数の動物集団に限定されているため、特定の特性の再現性について推論や結論を導き出すことが困難です。

「こうした研究は、共同の努力を要するだけでなく、時間を急ぐこともできないため、実施するのが難しい」とゴンパート氏は語った。