多様な種のゲノムデータを高度なモデリングで分析し、イェール大学の研究者たちは、どの競合する進化モデルが最も有効かという長年の問いに答えた。
研究によると、大きな影響を及ぼす突然変異がゲノムの札を実質的に入れ替えるという「砂上の楼閣」モデルは、小さな影響を持つ多数の突然変異が蓄積して種が進化するという理論よりも、進化のプロセスをよく説明する。
「このモデルが、酵母、線虫、ハエにおいて、非常に長い進化の時間を通じて当てはまることが分かりました」と、イェール大学の生物統計学および生態学・進化生物学の准教授で、学術誌『Molecular Biology and Evolution』に掲載された研究の筆頭著者であるジェフリー・タウンゼントは述べた。
本研究では、突然変異と選択が存在するなかで、生物が時間の経過とともに安定性を保つ仕組みに関する3つの古典的モデルを評価した。分析では特に、これらの力が遺伝子発現に及ぼす影響を評価した。遺伝子発現は、何十年にもわたって進化的変化の重要な要素と認識されてきた。
もちろん、ダーウィンが生物の生存に有益な形質を自然選択がどのように維持するかという理論を立てたとき、彼は遺伝子について何も知らなかった。遺伝子の重要な役割が発見されると、進化生物学者の大半は、生物の生存や繁殖に役立つ場合、遺伝子のランダムな突然変異が集団内に残ると推測した。大きな影響を及ぼす突然変異はほとんどの場合、生物にとって致命的であるため、ある古典的モデルでは、その大半は影響が小さく、新たな形質や形態を生み出すには多数が蓄積しなければならないとされる。
別の理論はその逆を仮定する。突然変異は適応度に小さな変化をもたらすのではなく、変化の連鎖、すなわち進化の「砂上の楼閣」を引き起こすというものだ。第3の理論はさらに単純で、突然変異は適応度にまったく影響しないというものだ。遺伝物質の小さな断片が、遺伝子の大規模なネットワークの発現を調節する仕組みが近年明らかになり、「砂上の楼閣」モデルへの関心が高まった。しかし、この理論がゲノム規模で多様な生物に当てはまることが実証されたのは、今回が初めてである。
「こうしたモデルは何十年も前からありますが、新しい技術によって、どのモデルが進化のプロセスの根本にあるのかを検証できるデータを、初めて収集できるようになりました」とタウンゼントは述べた。
イェール大学のアンドレア・ホジンズ＝デイビスとダニエル・P・ライスも本研究の共著者である。
本記事は、 Yale Newsとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：ビル・ハサウェイはYale Newsのライター。
画像：生後9年のクロサイ、エマ・エルサが、生まれたばかりの子に鼻を寄せている。REUTERS/Phil Noble。
