昆虫の起源の時期と日付、そして数百万年にわたる進化と生存のパターンを明らかにした新たな研究が、本日 科学誌に掲載された。
昆虫の関係性を解き明かすことは、昆虫の生物多様性が非常に豊かなため、常に大きな困難を伴ってきた。地球上の多細胞生物（動物と植物）の2つに1つは昆虫である。もう一つの難題は、昆虫が非常に遠い昔に進化したことだった。
16か国の100人を超える科学者が参加した共同研究として、 1000 Insect Transcriptome Evolutionプロジェクトの一環で行われた本研究は、昆虫の進化史を調べた。
昆虫は多様であるだけでなく、経済面でも医療面でも極めて重要だ。作物の受粉からマラリアなどの病気の拡散まで、昆虫は良くも悪くも私たちの日常生活に影響を及ぼしている。
しかし、信頼できる系統関係の再構築があって初めて、昆虫の驚くべき種の豊富さと生態学的重要性を理解し始めることができる。
すべてはDNAにある
研究者たちは、前例のない規模のDNA配列データセットと新たな解析手法を用いた。これにより、昆虫が甲殻類（カニ、ロブスター、エビ）から進化し、4億5000万〜5億年前に陸上へ進出した時代までさかのぼって調べることができた。
この研究は、進化学とゲノミクスが交差する新興分野、系統ゲノミクスにおける最新の成果である。生命の系統樹の大きな枝と、長大な時間尺度にわたる進化を詳しく示している。
研究者たちは、ガやハエ、ハチ、甲虫など140種を超える生物の全遺伝子を解読し、それらを用いて昆虫の主要な各グループ間の系統関係を算出した。
次に、昆虫の全遺伝子配列を比較し、すべての種に共通し、直接比較できる遺伝子を特定した。
こうした解析における大きな課題は、比較に適した遺伝子を見つけることだ。進化は遺伝子に手を加え、古い遺伝子を新たな機能に適応させる。そのため、多くの遺伝子は複製され、ほとんどの生物はDNA構成の中に類似した遺伝子のコピーを多数持っている。
厳格な選定過程を経て、研究者たちは解析に用いる直接比較可能な遺伝子を1,478個見つけた。この種の解析で従来利用できたものより、はるかに大きなセットである。
続いて解析チームは、化石の証拠を遺伝データセットおよび分子進化モデルと統合し、各グループがいつ進化したのかを推定した。
古い虫の話
この研究によると、昆虫は最初期の陸上植物と同じ約5億年前に起源を持つ。最初の昆虫に最も近い親類は、おそらくシミに似た生物だった。シミは、翅を進化させたことのない現生の原始的な昆虫である。
解析結果は、昆虫と植物が最初期の陸上生態系をともに形作り、昆虫は約4億年前に飛翔するための翅を発達させたことを示唆している。
これは、ほかの動物が飛べるようになるずっと前のことで、陸上植物が高さを増したのとほぼ同時期だった。
これらの古代昆虫がなぜこれほど速く適応したのか、私たちにできるのは推測だけだ。現生の昆虫は個体数が多く、きわめて柔軟でモジュール化された体の構造を持つため、環境に生じた新たな機会を活用するうえで大きな優位性がある。
最初の有翅昆虫に最も近い現生の親類はトンボとカゲロウであり、昆虫が翅を発達させて間もない頃には、翼幅が60～70cmに達する大型のトンボ類が存在していた。
こうした大きく素早い、鋭い大顎を持つ何でも捕食する動物が、今日はいないことに感謝したい。昆虫（そして天使）は、翅のために一対の腕または脚を手放していない唯一の飛翔動物のグループである。
バッタやゴキブリなど、昆虫の主要なグループの大半は、約3億5000万年前の進化の急増期に出現した。ハエ、ハチ、甲虫など、多くの一般的な昆虫群は2億年以上前に現れた。
本研究は、シロアリが実際には 社会性ゴキブリ にすぎないという近年の証拠を裏付けている。つまり、翅を失い、大きなコロニーで暮らし、巣の中で異なる役割を担うため、同じ種の中で異なる体形（階級）を発達させたゴキブリである。
大量絶滅を生き延びる
恐竜など多くのほかのグループが大量絶滅の影響を受けた一方、昆虫は影響を受けずに生き延びてきたようだ。
ほぼあらゆる陸上環境に適応してきたため、多くの昆虫群は絶滅を生き延び、その後、生物多様性の危機の後に現れる新たな状況や機会にすばやく適応して多様化する。
多くの意味で、進化は数の勝負である。多くの昆虫は個体数が大きいため、新たな状況をすばやく利用できる有利な突然変異が、どこかで、いつか生じる可能性が高い。
今日、昆虫が新しい殺虫剤を解毒する方法をすばやく発達させ、耐性を獲得する様子に、これが見て取れる。
昆虫の生存の未来
本研究は、人類の未来にとって昆虫の生物学を理解することが非常に重要であると改めて示している。昆虫がほぼ5億年にわたって地球に存在し繁栄してきたのは、文字どおりあらゆる場所にいて、新たな環境や機会にすばやく適応するからにほかならない。
地球上で最後に残る脊椎動物の死骸も、昆虫が食べることになるだろう。したがって、資源をめぐって昆虫と競合するたびに、長く困難な戦いに備えるのが賢明だ。
現在、私たちは昆虫の遺伝的構成を非常に詳細かつ精密に把握している。今後は、異なる昆虫の代謝経路を比較分析し、この情報を用いて望ましくない種をより特異的に標的とすることが可能になるだろう。
本研究により、研究者は昆虫の生態学的反応と遺伝的構成を、新しく刺激的な方法で結び付けられるようになる。
本研究の成功を受け、CSIROを含む研究コンソーシアムは現在、2,000を超える昆虫ゲノムの大規模解析に着手している。
これにより、より詳細な進化の全体像と時間軸が得られ、地球上で長く繁栄してきた昆虫が、その間に生じた危機や機会にどのように対応したのかを、コンソーシアムが正確に問えるようになる。
共同掲載： The Conversation
著者：David Yeates博士は、オーストラリア国立昆虫コレクション（ANIC）の所長である。
画像：2013年4月29日、クロスターノイブルクの芝生で、草の葉にとまる花粉まみれのミツバチ。REUTERS/Heinz-Peter Bader
