Seth Bordenstein의 "Frankenstein"순간이라고 부를 수 있습니다. 1 년 전, 테네시 주 내쉬빌에있는 Vanderbilt University의 생물학자인 Bordenstein과 당시 대학원생 인 Robert Brucker는 실험실에서 호환되지 않는 두 종의 말벌을 결합하여 대부분의 다른 사람들이 죽었을 때 살았던 딱딱한 하이브리드를 만들었습니다.
.일반적으로, 나소니아 속에서 N. Giraulti 및 N. longicornis 속의 두 관련 기생충 말벌의 구성원이 더 먼 상대 N. Vitripennis와 짝을 이룰 때, 하이브리드 자손은 죽습니다. 최근까지 아무도 정확히 이유를 알 수 없었지만 이것이 종을 나누는 주요 장벽 중 하나라는 것이 분명했습니다. 그러나 Bordenstein과 Brucker는 말벌을 항생제로 치료하여 몸에 살았던 수백만 개의 미생물을 제거했을 때 많은 하이브리드 자손이 예기치 않게 살아남을 수 있다는 것을 발견했습니다. 곤충에 거주하는 미생물 공동체 인 말벌의 미생물을 벗겨 내면서 보르 든 슈타인과 브루커는 완전히 새로운 하이브리드 말벌을 생생하게 가져 왔습니다.
2013 년 7 월 과학에 발표 된이 발견은 생물학에서 놀라운 아이디어를 강조합니다. 유기체 간의 장기적이고 안정적이며 종종 유익한 상호 작용 인 공생은 새로운 종의 발달의 첫 단계 인 두 인구를 분리 할 수 있습니다. 이 아이디어는 거의 1 세기 동안 떠 다니고 있지만 최근에는 생물학에서 견인력을 얻기 시작했습니다. 이 아이디어는 새로운 종이 지질 학적 고립 또는 음식과 동료들을위한 끊임없는 투쟁에서 나오는 전통적인 진화의 그림과 크게 대조됩니다. 이 새로운 가설에 따르면, 숙주 유기체의 미생물은 두 가지 다른 집단을 정의하기 시작하는 짝짓기 및 재생산의 변화를 유발할 수 있습니다.
인간을 포함한 거의 모든 동물은 숙주와 미생물의 아말감이며 수천 개의 미생물이 모든 가용 틈새 시장을 차지합니다. 집과의 대가로,이 미생물들은 숙주들에게 중요한 기능을 수행하여 병원체로부터 보호하고, 식품 가공되며, 심지어 사회적 행동을 변화시킵니다. 미생물 공동체를 추적하는 새롭고 정교한 방법은 과학자들이 미생물이 얼마나 중요한지 이해하는 데 도움이되었습니다. Bordenstein의 작품은 공생 연구에서 새로운 오해의 일부로, 다양한 미생물 수집이 새로운 종의 진화를 어떻게 형성 할 수 있는지 탐구합니다.
호주 해양 과학 연구소의 해양 미생물학자인 니콜 웹스터 (Nicole Webster)는“이 작품은 종의 것이 무엇인지, 어떻게 형성 될 수 있는지에 대한 우리의 아이디어를 바꾸고있다. 1990 년대 중반부터 Bordenstein을 포함한 일부 과학자들은 종을 단일 유기체뿐만 아니라 유기체와 미생물 군집으로 정의하기 시작했습니다.
.다른 과학자들은 그의 퀘스트에서 보르 덴스타인에 합류하여 미생물이 다른 종의 발달에도 역할을 할 수 있다는 증거를 발견했습니다. 과일 파리의 장내 미생물은 곤충의 짝짓기 행동을 빠르게 변화시킬 수 있으며, 종종 새로운 종의 발달의 선구자입니다. 하이에나에서 박테리아는 동물이 의사 소통하기 위해 사용하는 많은 화합물을 합성하며, 미생물의 변화는 인구를 분리하는 데 도움이되었을 수 있습니다.
Bordenstein의 팀은 이제 건강한 하이브리드 자손을 생산하는 능력을 파괴하여 미생물이 어떻게 하나의 숙주 종을 2로 바꿀 수 있는지 정확하게 알아 내려고 노력하고 있습니다. 예비 소견은 특정 공생 미생물의 존재가 면역계를 조절하는 유전자의 활성을 변화 시킨다는 것을 시사합니다. Bordenstein은 하이브리드와 같은 말벌이 잘못된 미생물을 호스트 할 때 말벌의 면역 체계가 외래 병원체 대신 공격하고 죽일 수 있다고 이론화합니다. 반대로, 면역계는 또한 말벌을 식민지화하는 미생물의 유형과 수에 영향을 줄 수 있습니다. 이 작업이 유지되면 Bordenstein은 과학자들이 진화에 대해 어떻게 생각하는지에 새로운 차원을 추가했을 것입니다.
Bordenstein은“공생이 예외가 아니라 공생이 규칙이라는 것은 매우 분명하며, 누군가가 생각했던 것보다 진화에서 훨씬 더 중요한 역할을한다는 것이 매우 분명합니다.
협력이 진화의 원동력이 될 수 있다는 생각은 러시아 자연 주의자 인 Peter Kropotkin이 1 세기 전에 처음 제안했다. Kropotkin은 1902 년 책“상호 원조 :진화의 요인”에서“다양한 종들 가운데서 진행중인 엄청난 양의 전쟁과 근절이 있습니다. 동시에 상호지지, 상호 원조 및 상호 방어가 많이 있습니다. … 사교성은 상호 투쟁만큼이나 자연의 법칙입니다.”
그러나 Kropotkin은 생물학자가 아닌 무정부주의자로 가장 잘 알려져 있습니다. “상호 원조”는 아이디어에 큰 도움이되었지만 과학자들이 공생과 협력이 자연 선택에 중요한 요소임을 확신시키는 데 필요한 실험적 증거는 부족했습니다.
보스턴 대학교의 젊은 생물 학자 인 Lynn Margulis는“상호 원조”가 출판 된 지 60 년이 지난 후에 공생의 원인을 차지했습니다. 1966 년, Margulis는 세포가 에너지를 생산하는 데 도움이되는 분자 기계, 그리고 식물 세포가 공생 박테리아에서 비롯된 햇빛을 설탕으로 바꾸는 데 도움이되는 미토콘드리아, 세포가 에너지를 생산하는 데 도움이된다는 증거를 제공했습니다. 이론에 따르면, 수십억 년 전, 한 마이크로는 다른 미생물을 휩쓸 었습니다. 오늘날 우리가 보는 복잡한 식물과 동물 세포를 향한 첫 번째 주요 단계 중 하나입니다.
Margulis의 아이디어는 회의론으로 만났습니다. 과학자들이 다소 마지 못해 받아들이는 데 20 년의 강렬한 논쟁이 필요했고, 그들은 그것이 괴물 사건이라고 믿었습니다.
.2001 년, Brucker와의 획기적인 획기적인 발전이 10 년 전에 Bordenstein이 실시한 나소니아 말벌에 대한 연구에 따르면 미생물이 과학자들이 예상했던 것보다 숙주의 진화에 더 자주 영향을 미친다고 제안했습니다. 그는 두 개의 밀접하게 관련된 두 종인 N. Giraulti와 N. Longicornis가 약 40 만 년 전만해도 공통 조상과 분기되었다는 것을 알고있었습니다. 역사적으로, 연구자들은 나소니아 DNA의 유전 적 변화를 찾아 종의 분기를 설명하는 데 도움을 주었을 것이라고 말했다. Bordenstein은 Wolbachia라는 공생 박테리아가 두 종을 유지할 수 있다고 믿었습니다. 이전 연구에 따르면 동일한 종의 구성원이 다른 유형의 울 바키아를 운반하는 경우 건강한 자손을 생산할 수 없습니다. 그러나 과학자들은 Wolbachia 균주가 두 종의 주요 차이점인지 아직 알지 못했습니다. Bordenstein은 서로 다른 유형의 Wolbachia가 부모 종을 두 그룹으로 나누어서 새로운 종의 전통적인 정의로 나눌 수없는 두 그룹으로 나누었다 고 이론화했습니다.
연구자들은이 말벌에서 울 바치 아를 제거함으로써 울 바치 아 감염이 말벌의 교배에 대한 주요 장벽임을 보여 주었다. Bordenstein은“마치 더 이상 두 종의 종이 아닌 것처럼 보였습니다. "이것은 공생 미생물이 두 종을 구별 할 수 있다는 첫 번째 증거 중 일부였습니다."
희귀 한 일회성 이벤트가 아닌 Bordenstein의 연구 결과는 미생물 군집이 새로운 종의 진화에서 예상보다 큰 역할을했다고 제안했습니다. 수천 개의 곤충 종이 울 바치 시아에 감염되어 공생 이이 종의 발달에있어 잠재적으로 주요 플레이어가되었습니다.
Bordenstein의 연구는 많은 관심과 회의론을 생성했습니다. 많은 진화론 생물 학자들은 역사적으로 진화에서 공생의 역할에 많은 관심을 기울이지 않았으므로 스탠포드 대학의 과학 역사의 박사 과정 후보 인 브래드 포드 해리스 (Bradford Harris)는 말했다. 해리스는“사람들은 여전히 진화를 '적합한 생존'이라고 생각한다. "매우 복잡한 현상을 설명하는 것은 멋지고 편리한 원 라이너입니다." 그러나이 단순한 설명은 진화의 덜 개인 주의적 측면을 파악하기가 어렵습니다.
Bordenstein의 가장 최근 연구에서 연구원들은 그것이 중요한 것이 중요하다는 것을 발견했습니다. 말벌의 미생물을 완전히 보완하면 N. vitripennis의 하이브리드와 두 명의 먼 친척이 생존 할 수있었습니다. 그 결과는 현상이 곤충에 국한되지 않을 수 있다고 제안하기 때문에 중요합니다. 곤충만이 울 바치 아를 가지고 다니지 만 모든 동물은 다양한 공생 미생물을 가지고 있습니다.
Brucker는“이러한 실험은 미생물이 실제로 종 분화를 유발하는지 여부를 알려주지 못하지만, 이미 제자리에있는 생식 장벽을 추가하여 주요 기여자였습니다. 과학자들은 여전히 미생물이 처음에 생식 장벽을 만들 수 있는지, 이미 존재하는 장벽을 넓히거나, 심지어 둘 다를 수행 할 수 있는지 여부를 여전히 알지 못합니다.
.인디애나 주 웨스트 라파예트에있는 퍼듀 대학교의 진화 생물 학자이자 나스 소니아 전문가 인 조슈아 깁슨 (Joshua Gibson)은 미생물 군집이 보르 덴스타인의 작품을 기반으로 종을 일으킬 수 있다고 결론을 내릴 수 없다고 생각합니다. "마이크로 바이 옴이 유전 적 변화로 이어 졌는지 또는 유전 적 변화로 인해 미생물 군집이 변동을 일으켰는지 여부는 확실하지 않다"고 그는 말했다.
미생물 군집으로 인해 새로운 종의 나스 소니아가 진화했다고해도 동물계 전역에서 어디에서나 일어나고 있다는 것을 의미하지는 않는다고 Gibson은 덧붙였습니다. 그는 각 종에 영향을 미치는 요인은 미생물 군의 중요성과 마찬가지로 다를 것이라고 말했다.
예비 증거는 미생물이 두 동물 종을 분리하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다. 발견 된 하이에나와 줄무늬 하이에나는 아프리카 사바나에서 나란히 살고 있습니다. 두 종 모두 항문 근처의 향기선에서 압출 된 오염 된 주황색 페이스트에서 발견되는 휘발성 화학 물질의 복잡한 조합을 통해 성 및 생식 상태에 대한 정보를 전달합니다.
.미시간 주 이스트 랜싱에있는 미시간 주립 대학의 진화 생태학자인 케빈 테리스 (Kevin Theis)는“그들은 기본적으로 긴 풀에 뒷다리를 문지릅니다. “하이에나는 그들의 영토와 공동 코너에서 가장 높은 비율로 붙여 넣습니다.”
이전 연구는 미생물이 포유 동물 통신에 사용되는 화학 화합물의 실제 생산자라고 추측했으며, 이제는이 가설을 테스트 할 수있는 유전자 도구가있었습니다. 그는 두 종의 구성원에 의해 놓인 페이스트를 면봉하고 각 샘플에서 발견 된 미생물을 확인했습니다. 국립 과학 아카데미 (National Academy of Sciences)의 절차에서 2013 년에 발표 된 이스의 결과는 페이스트에서 발견 된 미생물이 존재하는 화학 물질의 유형과 높은 상관 관계가 있음을 보여 주었다.
.2 월에 미국 과학 발전 협회 연례 회의에서 발표 된 TheIS의 가장 최근 연구는 두 종의 미생물을 가졌을뿐만 아니라 사회적 행동도 다른 것으로 나타났습니다. 그는 현재 두 사람이 연결되어 있는지 연구하고 있습니다. 그는 또한 미생물이 남성과 여성 사이에 다르다는 것을 발견했습니다. 암컷은 남성 페이스트의 향기에 따라 부분적으로 동료를 선택하기 때문에 남성의 향기에 큰 변화가있을 수 있으며, 아마도 인식 할 수 없게 될 수도 있습니다. 공생 미생물이 줄무늬와 발견 된 하이에나 사이의 분할이 이어지는 지 여부는 아직 확실하지 않지만, 과학자들은 이제 미생물이 가질 수있는 광범위한 영향을 더 잘 이해한다고 말했다. Theis는“미생물은 우리가 행동에 영향을 미친다는 것을 보여주고 행동이 선택의 주요 목표라는 것을 보여주기 때문에 진화에 중요한 역할을 할 수 있습니다.
처음에 유기체의 미생물 군집을 변화시킬 수있는 것은 무엇입니까? 동물은 사물을 만지거나 태어나는 과정에서 다양한 방식으로 공생 미생물을 얻습니다. 그러나식이는 공생 미생물이 유기체를 채우는 주요 길 중 하나입니다. Webster가 지적한 것처럼식이의 변화는 다른 미생물 집단을 다른 미생물보다 선호 할 수 있으며, 과학자들은 짝짓기 행동의 변화를 발견했습니다.
.1989 년, Yale University에서 일하는 생물학자인 Diane Dodd는식이 변화가 종에 어떻게 기여할 수 있는지 알아 내고 싶었습니다. 그녀는 한 무리의 파리를 전분 다이어트로 먹었고 다른 그룹은 단순한 설탕 인 말토 토스를 얻었습니다. 25 세대 후 Dodd는 전분이 먹는 파리가 더 이상 말토오스 먹는 사람과 짝을이지 않을 것이라는 것을 발견했습니다. 두 인구는 별도의 종이되는 길을 시작했습니다. 그러나 정확히 어떻게 이런 일이 일어 났는지 20 년 이상 불분명했습니다.
Gil Sharon은 2009 년 Dodd의 연구를 살펴보면 그 이유를 알고 있다고 생각했습니다. 당시 이스라엘 텔 아비브 대학교 (Tel Aviv University)의 미생물학 대학원생 인 샤론 (Sharon)은 파리의 공생 미생물 별자리가 행동의 변화의 원인 일 수 있다고 생각했습니다. 그래서 Sharon은 Dodds의 실험을 반복하고식이의 변화가 행동의 변화를 일으킨다는 것을 확인했습니다. 그런 다음 그는 항생제로 파리를 탔고 짝짓기 선호도가 사라 졌다는 것을 알았습니다. 그런 다음 Sharon이 박테리아가 함유 된 식품으로 생식기 파리를 제공했을 때, 그는 이러한 선호도가 한 세대에 불과한 것으로 나타났습니다. PNA의 2010 년 논문에서 Sharon은 공생 박테리아가 짝짓기 선호도를 바꿀 수 있다고 결론을 내 렸습니다.
“파리에 식품 공급원이 다르면 박테리아와 냄새가 다릅니다. 이러한 냄새는 배우자 선택에 영향을 미칩니다.”라고 Theis는 말했습니다. "따라서 두 인구가 식품 공급원의 차이로 분리되어 일정량의 시간과 고립을 제공한다면, 짝짓기 선호도가 다르기 때문에 나중에 재결합 할 수 없을 수도 있습니다." 이것은 종 분화를 향한 주요 단계 일 것입니다.
미생물에 대한 변화가 실제 게놈의 변화보다 훨씬 빨리 발생하는 것처럼 보이기 때문에, 이러한 종류의 변화는 다른 인구가 분리되는 속도를 가속화하여 새로운 종의 진화 단계를 설정할 수 있습니다.
그러나 아이디어는 여전히 논란의 여지가 있습니다. 미생물 학자들은 상당히 개방되어 있지만 다른 생물 학자들은 설득하기가 더 어려웠습니다. 코넬 대학의 곤충 학자이자 미생물 학자 인 안젤라 더글러스 (Angela Douglas)는“배심원은 여전히 나왔다”고 말했다. "분명히, 미생물은 동물이라는 의미의 필수 요소이지만, 연구자들은보다 생태 학적으로 관련된 조건에서 이러한 실험을 반복해야합니다."
.생물 학자들은 유기체의 전반적인 건강과 복지에 미생물 군집의 중요성을 거의 받아 들였습니다. 시카고 대학교의 진화 생물 학자 인 제리 코인 (Jerry Coyne)이 문제를 해결하는 것은 종종의 다른 요소를 배제 할 수 없다는 것입니다. Coyne은“미생물 군이 종종을 일으킨다는 것을 확실하게 증명하는 연구는 아직 없다”고 말했다. "이론적으로 가능하지만 아직 확실하지 않습니다."
한편, Bordenstein과 다른 과학자들은 공생 미생물이 한 종을 두 개로 나누는 데 어떻게 공생 미생물이 정확히 어떻게 도울 수 있는지를 결정하기 위해 노력하고 있습니다. Bordenstein은 현재 특정 미생물 종보다 더 중요한지 여부와 하이브리드 종에서 외래 미생물 군의 존재가 면역계를 변화시키는 방법을 조사하고 있습니다.
Bordenstein은 공생 미생물이 어떻게 진화에 영향을 미칠 수 있는지의 복잡성을 완전히 파악하기 위해 미생물학과 진화 생물학의 분야는 그들 자신의 공생 관계를 형성해야한다고 말했다. "나는 그것이 생물학의 미래를 정의 할 수있는 기회라고 생각한다"고 그는 말했다. "우리는 핵 게놈이 우리가 진화를 바라 보는 유일한 방법이거나, 더 통일 된 견해를 가질 수있는 생명에 대한 게놈 중심의 관점을 가질 것인가?
