進化の中で最も興味深い大規模パターンの1つは、並列処理です。 たとえば、飛行は多数の非飛行生物から並行して何度も進化しています。 魚ではない脊椎動物の多くの種は、水泳を並行して進化させてきました。 ある研究では、多くの海水先祖からの淡水トゲウオのボディアーマーの並行進化が発見されました。
進化についてのもう1つの興味深いことは、最近数十年でしか評価されていないが、遺伝子と形質の間に単純な対応関係がないという事実です。 1つの遺伝子が1つの特性を決定することはまれであり、1つの遺伝子のために1つの特性が変わることはめったにありません。 単純な遺伝子と形質の関係の例は数十あり、その多くは数年前に発見されました。 これらの関係は比較的簡単に見つけて説明できるので、私たちの教科書にはそれらがたくさんあり、遺伝学についての私たちの考えは長い間それらに基づいていました。 しかしこれは、おもちゃのワゴンの動作を深く理解することで、すべての車両がどのように機能するかという概念に基づいています。 小さな赤いワゴンの仕組みとエンジニアリングは、エスカレーター、潜水艦、またはアポロ月面発射システムの理解に役立ちません。 現在、ほとんどの遺伝子は複数の特性に影響を及ぼし、ほとんどの特性は複数の遺伝子の影響を受けており、すべて非常に複雑であると考えています。
トゲウオの行動に関する最近の研究は、複数の形質に影響を与える1つの遺伝子の例のようです。
トゲウオは、魚類のイタドリ科のメンバーであり、種は塩と淡水に生息しています。 淡水トゲウオは、北半球の多くの場所で約17, 000年未満前に内陸であった海水祖先から進化しました。 このため、淡水と海水のトゲウオの違いは、よく知られた種のグループ間での最近の急速な進化を表しており、科学者にとって特に興味深いものです。
海水トゲウオには、鋭い棘の数が少ない最大36個の骨板があります。 これらのプレートとスパインは魚を捕食者から保護しますが、生産と維持に費用がかかります。 骨板には余分なカルシウムが必要ですが、これは環境によってはまれであり、魚の体の動きを制限します。
淡水トゲウオは、棘と骨板が少ない傾向があります。 プレートの列に隙間があるもの（これは「部分モーフ」と呼ばれる）もあれば、魚の後端にわずかなプレートしかないもの（「ローモーフ」）もあります。 淡水は塩水よりもカルシウムが少ないため、これは限られた資源への適応かもしれません。 また、淡水環境は塩水環境よりも捕食者が少ない傾向があるため、淡水では骨プレートの保護機能はそれほど重要ではない可能性があります。 恐らく、この装甲には自然選択が緩和されており、時間の経過とともに多くの異なる集団で同時に失われました。
2005年の研究で、科学者たちは骨板の成長を決定する遺伝子（ Eda ）を調べ、淡水トゲウオがそれらの個体群でより少ない板を形成させる遺伝子のバリアントを持っていることを発見しました。 遺伝子Edaはおそらく調節機能を果たしているので、完全に装甲された塩水バージョンから淡水に見られる2つのより低い装甲バージョンまでの表現型の範囲の1つを決定できます。 遺伝分析と集団分析を組み合わせた結果、研究者たちは、北半球のほとんどの淡水トゲウオが骨板の喪失を示していることを発見しました。 そのため、形質は多くの系統で並行して進化しましたが、そのすべてが異なる海水個体群に由来するものでしたが、遺伝子の単一の既存の形態からも進化しました。 しかし、骨板が減少した北半球のトゲウオの1つ以上が、まったく異なる遺伝的変化からこの特性を獲得したことも判明しました。
したがって、この特性は、複数の遺伝子によって決定される特徴の例であり、複数の手段によって発生する並行進化の例です。
科学会議で報告されたばかりの第2の研究では、トゲウオの進化に関するまったく異なる質問と思われるものに注目しています。 ほとんどのトゲウオは群れを形成します。これは魚に共通の適応であり、数に安全性があるという原則に従います。 しかし、学校を形成しない淡水トゲウオの集団が1つあります。 カナダのブリティッシュコロンビア州にあるパクストン湖のトゲウオは、ほとんどの場合単独で泳いでいます。 彼らは学校を形成するのではなく、パクストン湖の底の厚い植生に隠れています。
シアトルにあるフレッド・ハッチンソンがん研究センターのアンナ・グリーンウッド率いる研究チームは、トゲウオの群れ行動をテストおよび測定するための機械を考案しました。 これは、巨大な水槽の周りを円を描くロボット学校として一緒に移動する、モバイルのような偽魚のクラスターで構成されています。 トゲウオの群れからの魚がこの機械で水の中に置かれたとき、彼らは偽の魚に加わり、彼らと泳ぎ回りました。 非就学人口の魚がこの機械で水に入れられたとき、彼らは学校に行かなかった。 これら2つの集団は非常に密接に関連しているため、交配することができます。 研究者たちは、群れのある魚と群がっていない魚の子孫をテストして、各魚がどの行動を示すかを調べました。 予想通り、一部の学生は学校に通い、一部の学校はそうではありませんでした。 ハイブリッド魚を選別したら、それらの遺伝子を調べて、学校での泳ぎと単独の水泳で特定のサインがあったかどうかを確認しました。
これらの魚の群れ行動を制御していると思われる遺伝子は、骨板の数を制御する同じ遺伝子であるエダに他ならないことが判明しました。
そのため、トゲウオは並行進化がどのように発生するかを示す素晴らしい例であるだけでなく、複数の形質に影響を与える遺伝子の素晴らしい例でもあります。 しかし、それはどのように機能しますか？ 骨板を発達させない魚も、完全に機能する側線を発達させません。 側線は、多くの魚が持っている感覚器官であり、魚が水の他の場所の動きを検出できるようにします。 捕食魚の中には、側線を使用して獲物を見つけるものもあれば、側線を使用して捕食者を検出して獲物になるのを避けるものもいます。 どうやら、発達不良の側線を持つトゲウオは、動きを調整する必要のある他の魚を適切に感知できないため、学習できません。
ソース：
コロシモ、パメラF.、キムE.ホースマン、サリータバラバドラ、グアダルーペビジャレアル、ジュニア、マークディクソン、ジェーングリムウッド、ジェレミーシュムッツ、リチャードM.マイヤーズ、ドルフシュルーター、デイビッドM.キングスリー。 2005.エクトディスプラシン対立遺伝子科学の繰り返し固定によるトゲウオの広範囲にわたる並行進化2005年3月25日：307（5717）、1928-1933。
エリザベスのペニシ。 2012.ロボット魚がスクーリング遺伝子を指しています。 ニュースと分析。 Science 335（6066）：276-277。 DOI：10.1126 / science.335.6066.276-b
