何が近縁種を互いに隔てているのでしょうか?今回の研究では、そのメカニズムが時としていかに「スイッチのよう」であるかを示している。研究者らは、2種類の蝶の羽が紫外線を反射するかどうかを決定する単一の遺伝子を特定した。シグナル伝達効果を持つシステムは、2 つの種のうちの 1 つのオスにのみ UV 虹色発光を引き起こします。科学者らによると、その遺伝的特性により、メスが他の種と「恋に落ちる」ことが明らかに制限されているという。
地理的な障壁や専門分野の違いによって、進化の過程で種は新しい種に分かれてきました。たとえば、ロバ、馬、シマウマは共通の祖先から生まれました。進化のプロセスは蝶で特に明らかです。さまざまな種は、さまざまな食料源や環境条件に適応することによって前駆体から発達しました。よく知られているように、多くの場合密接に関連している種は、特定の色やパターンに基づいて異なることがよくあります。これらの外部特性は、種間の交雑を回避するのにも役立つと考えられています。これは、雑種の適応度や生殖能力に影響を与える遺伝的不適合の影響を引き起こす可能性があります。しかし、そのような「アイデンティティ特性」の遺伝的背景についてはほとんど知られていません。
男性の輝きの軌跡を辿って
「進化生物学者として、私たちは種間の物理的な違いの原因となる遺伝子構造を特定し、理解することに興味を持っています」と、ワシントン DC のジョージ ワシントン大学のアルノー マーティン氏は言います。研究の一環として、彼と同僚は、興味深い特徴を持つ 2 種類の北米の蝶、オレンジ硫黄 (Colias eurytheme) と曇った硫黄 (Colias philodice) を調べました。この 2 つの近縁種は、一緒に発生することもあり、一見すると非常によく似ていますが、特別なカメラを使用しないと明らかにならない顕著な特徴があります。オレンジ色の硫黄蝶の雄の羽は、雌の紫外線を反射します。しないでください。対照的に、くも状硫黄蝶は雌雄とも紫外線下では虹色に光りません。したがって、オレンジ色の硫黄蝶の雄の紫外線で虹色に光る羽が、雌が最適に適合する雄を認識するのに役立っているのは当然である、と研究者らは説明している。
研究では、研究者らは遺伝子比較を使用して視覚効果の背景を調査した。彼らの分析は、2 つの蝶種の間で交配が明らかに起こり、それが遺伝的特徴の部分的な交換につながったことを示しました。したがって、蝶の染色体の特性は非常に似ていますが、性染色体が比較的大きく異なるという 1 つの例外があります。これは、性染色体が 2 つの種を区別する重要な遺伝子 (UV 着色を含む) を保持していることを示唆しています。
種を認識するための遺伝子
さらなる遺伝子分析を通じて、研究者らは最終的に、蝶の羽の微細な鱗の形成に関与する性染色体上の特別な遺伝子に焦点を当てた。これらの構造の特徴が外観に影響を与えます。遺伝子研究によると、いわゆる「ブリック・ア・ブラック」遺伝子が蝶の羽で活性化していることが判明した。ただし、1つの例外を除いて、オスのオレンジ色の硫黄蝶ではスイッチがオフになっているという。明らかに、遺伝子機能の欠如が、紫外線で虹色に光る鱗の形成につながります。
その後、研究者らはゲノム編集技術 CRISPR を使用してこれを確認することができました。彼らはすべての蝶のゲノムから Bric-a-Brac 遺伝子を削除しました。これは次のことを示しています。「蝶の体の大部分は、クラウドド・サルファー・蝶のものも含め、紫外線を反射する鱗片で覆われていました。通常は黄色かオレンジ色しかない鱗が、紫外線を反射するようになった」と共著者のヴィンセント・フィキャロットタ氏は報告している。共著者のジョー・ハンリー氏は、「私たちの目の前で、これらの種の見た目を確実に変える遺伝子が出現した」と付け加えた。研究チームは、高性能電子顕微鏡を使用して、遺伝子の有無によって鱗のナノ構造がどのように変化し、それによって蝶の視覚特性に影響を与えるかを示すこともできた。
「私たちの研究結果は、単一の遺伝子が 2 つの異なる蝶の紫外線発色の有無をどのように決定できるかを実証しています。これら 2 つの種の地理的範囲は重複しているため、配偶者を見つけることに関しては、この視覚的な区別がさらに重要になります」とマーティン氏は要約します。
さらなる調査を通じて、彼と彼の同僚は現在、Bric-a-Brac 遺伝子の活性がどのように自然に制御されているかを明らかにしたいと考えています。科学者らはまた、この興味深い蝶の種の組み合わせが進化生物学へのさらなる洞察を提供できることを期待している。
出典: ジョージ ワシントン大学、専門記事: PNAS、doi: 10.1073/pnas.2109255118
