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黒と白の進化

1909年に大統領として2期目を終えた直後に、テディルーズベルトは、スミソニアン協会の後援の下、アフリカで1年間の狩猟サファリを受けました。 ルーズベルトのトロフィーの多くは、スミソニアン博物館とニューヨークのアメリカ自然史博物館に展示されていました。 彼の本「 アフリカンゲームトレイルズ」 (1910年)にあるルーズベルトのサファリ体験は、動物が周囲とどのように混ざり合った、または混ざらなかったのかについて強い意見を述べました。

「黒と白は、通常、自然界で最も目立つ色です(さらに、人生の戦いで成功した多くの生き物によって支えられています)。 しかし、ほとんどすべての色合い...少なくともいくつかの風景とかなりよく調和しますが、大規模な哺乳類の間ではわずかな例で、オープンプレーンに頻繁に訪れる人の中にはほとんどありませんが、クリーチャーが何かを得ると仮定する理由はほとんどありません大まかに言って「保護着色」と呼ばれるものの恩恵を受けます。」

ルーズベルトは、2つの理由で着色の保護価値の概念をsc笑しました。 第一に、馬に乗ったハンターの並外れた能力は、大きなゲームの発見、ストーキング、バギングにほとんど困難がなかった。 彼の狩猟隊は500匹以上の哺乳類を撃ちました。 明らかに動物の色はからそれらを保護しませんでし 。 第二に、進化の事実は科学者(およびルーズベルト)に広く受け入れられていましたが、進化のメカニズムとしての自然selectionの主な役割に関するダーウィンの説明はそうではありませんでした。 自然選択は、特に動物の着色の問題に関して、好意的に外れました。 1890年代の多くの博物学者は、ダーウィンの色彩の説明を完全に証拠がないと批判し、他の説明を提供しました。 例えば、着色は、気候、光、食事などの外部要因によって直接引き起こされることを示唆した人もいました。

これらの代替アイデアは、遺伝学の科学の出現と、繁殖実験(Gregor Mendelが最初に行った実験など)による着色が植物や動物の遺伝特性であることの実証によってすぐに打ち消されました。 しかし、過去数年まで、遺伝子が動物の色をどのように決定するのか、遺伝子の変化が自然の色の変化にどのように影響するのかを知りませんでした。 動物の色がどのように作られるか、特に白黒の単純なパターン、およびさまざまな生息地での配色の利点と欠点のフィールド調査の新しい理解は、現在、自然evolutionと進化がどのように機能するかの最良の例を提供しています。

動物界で最も広く見られる現象の1つは、種内で色の濃い色の品種が発生することです。 あらゆる種類の、甲虫、蝶、ヘビ、トカゲ、鳥には、すべてまたはほとんどが黒の形があります。 おそらく最もよく知られているのは、黒いヒョウや黒いジャガーなどの暗い大きな猫です。 これらの美しい動物は、多くの場合動物園で好奇心として表示されますが、野生でもかなりの数で発生します。

これらのいわゆる「メラニン」形態はすべて、皮膚、毛皮、鱗片または羽毛における色素メラニンの産生の増加に起因します。 メラニン色素沈着は多くの役割を果たします。 メラニンは、私たちや他の動物を太陽の紫外線から保護します。 寒い気候や標高の高い動物がより早く体を温めるのに役立ちます。また、保護着色に関するルーズベルトの懐疑論に反して、黒い色素は捕食者からいくつかの動物を隠します。

たとえば、米国南西部の砂漠では、過去200万年にわたって溶岩流によって生成された非常に暗い岩の露頭があります。 これらの岩の中で、暗黒と明るい砂色で発生するロックポケットマウスが住んでいます。 1930年代の自然主義者は、溶岩岩で見つかったネズミは典型的にはメラニン色であり、周囲の砂色の花崗岩のネズミは通常淡色であると観察しました。 毛皮の色と生息地の背景との間のこの色の一致は、捕食者、特にフクロウに対する適応であると思われます。 周囲の色と一致するマウスは、2つの生息地のそれぞれで、一致しないマウスよりも生存上の利点があります。

ロックポケットマウスには、暗い色と明るい色の2色があります。 暗いものは溶岩によく溶け込み(右上)、明るいものは砂岩に対してカモフラージュされています(左上)。 「間違った」環境に置かれたマウスは、捕食者が見やすいです。 (マイケル・ナックマン博士) 黒いジャガーは、左のカブのように、斑点のあるジャガーよりも多くの色素メラニンを生成する突然変異を持っています。 (ダニエル・カルマン/ dpa /コービス) いくつかのムカデトカゲ(これらはAspidoscelis属のもの)は、暗いジャガーや黒羊で見られるのと同様の突然変異のおかげで、通常よりも暗くなっています。 (エリカ・ブリー・ローゼンブラム博士) 耳の少ないトカゲは、メラニンの生成に影響を与える遺伝子をどのバージョンから受け継ぐかに応じて、2色あります。 (エリカ・ブリー・ローゼンブラム博士) Sceloporous属のトカゲは、メラニン遺伝子のどのバージョンを運ぶかに一部依存して、さまざまな色があります。 (エリカ・ブリー・ローゼンブラム博士) ロックポケットマウスの生息地には、暗い溶岩と明るい砂岩の2色があります。 (マイケル・ナックマン博士) ロックポケットマウスが暗い溶岩に住んでいる場合、彼らはより多くのメラニンを生成し、暗い色のコートを持っていることを引き起こす突然変異を持っている可能性が高いです。 (マイケル・ナックマン博士)

最近、アリゾナ大学のMichael Nachmanと彼の共同研究者は、ロックポケットマウスの詳細な分野と遺伝学の研究に着手しました。 彼らは、マウスが他の生息地のマウスと交雑し、岩の種類間を移動することを発見しました。 マウスは明らかに2種ではなく1種です。 それでは、毛皮を黒または明るいものにしているのは何ですか? 単一の遺伝子のコードのわずかな違い。 この単純な継承の基礎は、明るい色の親からの黒いマウスの起源が、たった1つまたは非常に少数の突然変異段階で起こったことを意味します。 しかし、以前は異質だった黒い溶岩の生息地に侵入したネズミにとって、それらの小さな遺伝的ステップは進化の面で大きな飛躍でした。 NachmanとHopi Hoekstra(現在はハーバード大学)は、暗い溶岩の明るいマウスに比べて、暗いマウスの生存率は約60%以上あると推定しています。 言い換えれば、この種の毛皮の色は明らかに非常に強い自然selectionの下にあります。

ロックポケットマウスのメラニン症の起源に関与する遺伝子は、メラノコルチン受容体1、またはMC1Rまたはショートと呼ばれます。 ジャガー、雪ガチョウ、ホッキョクギツネ、妖精ミソサザイ、バナクイト、ゴールデンライオンタマリン、ホッキョクグマ、2種類のトカゲ、および国内の牛、羊のメラニンの形態そして、ニワトリはこのまったく同じ遺伝子の突然変異によって引き起こされます。 いくつかの種では、まったく同じ突然変異が、暗い形の起源で独立して発生しています。 これらの発見は、メラニズムの進化が信じられないほどまれな事故ではなく、共通の反復可能なプロセスであることを明らかにしています。 進化は繰り返すことができ、実際に繰り返されます。

メラニズムは隠蔽の問題だけではありません。 ガチョウは、白とメラニンの「青」の2つの形で発生します。 この種では、個体の交配選好は親の配色に従います。 どうやら、若い鳥は両親の色を学び、家系に沿って仲間を選びます。青い家族の鳥は青い仲間を好み、白い家族の鳥は白い仲間を好みます。 ホッキョクグマ間の交尾の好みは、女性が一般的に暗い男性を好むという点で、追加のねじれがあります。 これらの鳥種は両方とも性選択の下で進化しており、これはダーウィンによって最初に説明されたプロセスであり、そこでは交尾ゲームで有利な特性が好まれます。 性的選択は交配成功に非常に強い影響を与えるため、自然界では非常に強力な選択形態です。

動物の着色のもう1つの一般的な形態は、色素沈着または白化の欠如です。 この状態は、魚、ザリガニ、昆虫、クモおよび他の種を含む洞窟に住む動物の自然集団で頻繁に観察されます。 洞窟の動物における白化現象の一般的な発生は、自然selectionの下での進化の裏返しを表すと考えられています。 つまり、光がほとんどまたはまったくない状態で、顔料の色とパターンに対する自然または性選択が緩和されます。 色素沈着を廃止し、一般に他の生息地の動物に有害な突然変異は、これらの洞窟の暗闇で許容されます。

アルビニズムも、進化を「簡単」にする単純な遺伝的基盤を持っているようです。 最近、ハーバード大学医学部のメレディス・プロタスとクリフ・タビン、メリーランド大学のビル・ジェフリー、および彼らの共同研究者は、メキシコの盲目洞窟魚の白化の遺伝的基盤を特定しました。 これらのアルビノ魚は、メキシコ北東部のシエラデエルアブラ地域の約30の洞窟で発見されています。 各個体群は、色素沈着した、完全に目が見える表面または川に住む形態に由来します。 研究者たちは、パチョン洞窟とモリノ洞窟の個体群における白化の遺伝的基礎を調査し、各集団の白化が同じ色素沈着遺伝子の変異によって引き起こされることを発見しましたが、それぞれのケースで異なる特定の変異です。 ここでも、これらの魚では、同じ特性の起源で進化が2回繰り返されています。 さらに、これらの魚で変異した特定の遺伝子は、ヒト、ブタ、マウス、および他の魚種の白化の原因となる同じ遺伝子でもあります。

ロックポケットマウスと洞窟魚の自然史は、動物が新しい環境にどのように適応したかを鮮やかに示しています。 それらの生息地がかつて彼らの祖先にとっていかに異質であったとしても。 これらのあいまいな動物は、生物学者が長い間求めていた特定の遺伝子、自然selection、野生の進化の間の具体的なリンクも提供しています。 アフリカのサバンナのゲーム動物ほど雄大ではありませんが、これらの動物はルーズベルトが認めるより大きな教訓を示しており、おそらく、進化の仕組みを理解するための継続的な進歩を示すための小さなトロフィーケースを保証することさえできました。

著者略歴:
ショーン・B・キャロルはウィスコンシン大学の進化生物学者です。 彼の新しい本、 Remarkable Creatures:Epic Adventures in the Search for the Species (Houghton Mifflin Harcourt)は、進化論を開発し、進化させた勇敢な自然主義者の経験と発見を記録しています。

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