ペンギンは世界で最も極端な地域に住んでおり、その環境に完全に適応しています。しかし、それらはどのようにして発展したのでしょうか?研究者たちは現在、現生および絶滅したペンギン種のゲノムデータを活用して、この疑問の真相に到達しました。この結果は、過去の気候変動が有翼海洋捕食者の種の進化に大きな影響を与えてきたことを示している。研究者らはまた、特定の適応において重要な役割を果たすいくつかの遺伝子も特定した。
ペンギンの起源は6,000万年以上前です。極地の氷床が形成されるずっと前に、彼らは飛行能力を失い、代わりに潜水中に翼を使って推進していました。数多くの独自の特殊化により、さまざまな種が地球上の最も過酷な環境でも生き残ることができます。しかし、ペンギンはどのようにして発達したのでしょうか？この疑問は今のところ不完全にしか答えられていない。
極端な状況への適応
デンマークのコペンハーゲン大学のテリーザ・コール率いるチームは、現生および最近絶滅したペンギン全27種と、化石として保存されている47種のゲノムデータを初めて収録した。彼らはこのデータを過去の地質学的事象と関連付けました。 「私たちの発見は、ペンギンがどのようにして海洋環境に到達し、地球上で最も過酷な環境の一部に定着することに成功したかについての理解を深めるのに役立ちます」と研究者らは述べた。
コールと彼女のチームは、生物地理学的再構成を使用して、ペンギンの起源はニュージーランドであるという以前に提案された仮説を確認しました。研究者らによると、そこから南極や南米に広がったという。気候変動、特に約115,000年前に始まり約11,700年前に終わった最終氷河期が重要な役割を果たした。局地的な生息地に限定されているペンギン種の場合、氷河期は深刻な個体数減少を伴いましたが、より広い分布域を持つ種や移動する種では個体数が増加しました。
孤立と再会
「ほぼすべての種が、気候の変動性と環境の不確実性が増大した最終氷河期の物理的隔離期間のゲノムの特徴を示している」とコール氏らは報告している。 「最後の氷河期に氷の量が増加したため、高緯度のペンギン種は孤立した中緯度の避難場所に追い込まれた可能性があります。後期更新世から完新世にかけて気候が温暖化するにつれて、これらの種は極地に向かって移動し、再び居住可能になった陸地や島々に再定住した。」
これにより、数千年にわたる隔離により別々に発達した種同士が再び接触するようになりました。研究者らにとって、この発見はペンギンの進化に関する長年の謎を解決するものである。遺伝データは、特定の種間の初期の分離とその後の交換の両方を示している。近縁種間の交配は今日でも観察されているため、コールと彼女のチームは、それらの種が空間的に隔離された状態で多様化したが、その後、地球が再び温暖化した後、再び共通の子孫を生み出し、その結果遺伝子が交換されたのではないかと考えている。
進化速度が遅いため脆弱
研究者らは分析の中で、ペンギンが特定の生態学的地位に適応するのを助ける上で重要と思われるいくつかの遺伝子も特定した。 「これらには、海洋ダイビング、体温調節、酸素供給、水中視覚、味覚、免疫に関連する遺伝子が含まれていた」と著者らは報告している。ペンギンは最も深刻な進化的適応を持っていますが、コールと彼女のチームは、ペンギンが他の鳥と比較して進化の速度が最も遅いものの一つであることを発見しました。 「ペンギンは、その多様化の非常に早い段階で、水生生物に関連する重要な特徴の多くを獲得しており、その変化の速度は現在までに大幅に鈍化しています」と研究者らは説明する。
これは、特に人為的な気候変動が急速に進行していることを考慮すると、問題となる可能性があります。 「現在の温暖化のペースは、南極海の限られた避難場所と相まって、ペンギンの適応能力をはるかに超える可能性が高い」と著者らは述べた。 「6,000万年以上にわたり、これらの象徴的な鳥は高度に特殊化された海洋捕食者に進化し、現在では地球上の最も過酷な環境のいくつかにうまく適応しています。しかし、彼らの進化の歴史が示すように、彼らは現在、急速に温暖化する世界で寒冷に適応した動物相の脆弱性を示す一種の初期の前兆となっています。」
出典: Theresa Cole (デンマーク、コペンハーゲン大学)、Nature Communications、 doi: 10.1038/s41467-022-31508-9
