진화를 보는 것은 두 번의 생애에서 일어난다

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로즈마리와 피터 그랜트가 1973 년 갈라파고스 군도의 작은 섬인 다프네 메이저에 처음 발을 딛었을 때, 그들은 그것이 두 번째 집이 될 줄 몰랐다. 프린스턴 대학교의 명예 생물학 교수 인 남편과 아내 팀은 진화를 연구 할 깨끗한 환경을 찾고있었습니다. 그들은 섬의 다양한 핀치가 새로운 종의 형성을 주도하는 요인을 밝히기위한 완벽한 수단을 제공하기를 희망했다.

축소 섬은 보조금이 겨울을 보내기 위해 특히 친절한 곳이 아니 었습니다. 맨해튼 크기의 100 분의 1 미만인 다프네는 바다에서 떠오르는 화산의 끝과 비슷합니다. 방문객들은 중앙 분화구를 둘러싼 가파른 땅의 가장자리로 보트를 뛰어 넘어야합니다. 섬의 초목은 드물다. 허브, 선인장 덤불 및 낮은 나무는 핀치 (소규모, 중간 및 대형 지상 핀치, 선인장 핀치) 및 기타 조류를위한 음식을 제공합니다. 보조금은 그들에게 그들이 필요로하는 모든 음식과 물을 가져와 베이킹 태양의 방수포로 보호 ​​된 얕은 동굴에서 식사를 요리했습니다. 그들은 피크닉 테이블보다 거의 큰 다프네의 작은 평평한 곳에서 야영을했습니다.

생물의 안락함이 부족하지만 다프네는 유익한 선택으로 판명되었습니다. 갈라파고스의 극심한 기후 (심한 가뭄과 풍성한 비 사이에 스윙)는 충분한 자연 선택을 제공했습니다. 강우량은 1983 년의 비에서 1985 년에 아무것도 달라졌습니다. 1977 년 심한 가뭄으로 인해 다프네의 많은 핀치가 사라져서 보조금의 첫 번째 주요 발견의 무대가되었습니다. 건조한 주문 중에 큰 씨앗은 작은 씨앗보다 더 많았습니다. 큰 부리를 가진 새들은 큰 씨앗을 깨는 데 더 성공적이었습니다. 결과적으로, 가뭄 동안 큰 핀치와 자손이 승리하여 새의 평균 크기가 지속적으로 증가했습니다. 보조금은 행동의 진화를 관찰했다.

그 눈에 띄는 발견은 그 쌍을위한 많은 경력을 시작했습니다. 그들은 1973 년부터 2012 년까지 매년 몇 달 동안 다프네를 방문했으며 때로는 딸을 데려 왔습니다. 4 년간의 임기 기간 동안 부부는 최소 8 세대에 걸쳐 약 20,000 마리의 새를 태그했습니다. (Grants 'Watch에서 가장 긴 새가 17 년 동안 살아 남았습니다.) 그들은 거의 모든 짝짓기와 그 자손을 추적하여 다른 핀치 종을위한 크고 다세대 가계도를 만들었습니다. 그들은 혈액 샘플을 가져 와서 Finches의 노래를 녹음하여 새 자체가 죽은 후에도 유전학 및 기타 요인을 추적 할 수있었습니다. 그들은 다윈의 가장 기본적인 예측을 확인했으며 2009 년 교토 상을 포함하여 다양한 유명한 과학 상을 수상했습니다.

이제 거의 80 세인 부부는 갈라파고스 방문을 늦췄습니다. 요즘 그들은 수집 한 데이터에 게놈 도구를 적용하는 것에 대해 가장 흥분합니다. 그들은 다른 과학자들과 협력하여 지난 40 년 동안 추적 한 부리 크기와 모양의 변화를 이끌어 낸 유전자 변이를 찾습니다. Quanta Magazine 다프네에서의 시간에 대한 보조금과의 대화; 대화의 편집 및 응축 버전이 다음과 같습니다.

Quanta Magazine :왜 Galápagos에 가기로 결정 했습니까? 핀치를 구체적으로 공부하게 된 이유는 무엇입니까?

로즈마리 그랜트 :나는 유전학 배경이 더 많았고 피터는 생태 학적 배경을 더 많이 가지고있었습니다. 그러나 우리는 종의 형태와 이유와 같은 과정에 관심이있었습니다. 우리는 자연 환경에서 가변적 인 인구를 선택하고 싶었습니다.

Galápagos는 매우 중요한 몇 가지를 가지고있었습니다. 섬은 젊고 다른 섬에서 서로 별도로 발생하는 많은 핀치 인구가 있습니다. 섬은 깨끗한 상태에 가깝고 인간이 살지 못했습니다. 우리는 모든 변화가 자연스러운 변화가 될 것이며 인간의 간섭의 결과가 아니라는 것을 알았습니다.

기후는 매우 역동적입니다. 군도는 적도에 속하며 El Niño – Oouthern Oscillation 현상이 적용됩니다. 핀치에게는 매우 좋은 강우량이 많은 수년이 있습니다. 그러나 많은 새들이 죽을 때 그것은 또한 수년간의 가뭄을 일으킬 수 있습니다. 우리는 이제 작은 섬의 조류의 최대 80 ~ 90 %가 가뭄시기에 사망한다는 것을 알고 있습니다. 그 극단은 우리에게 일어난 기후 변화와 그 변화에 대한 진화 적 반응을 측정 할 수있는 기회를 줄 것입니다.

피터 그랜트 :우리는 세 가지 주요 질문을 염두에 두었습니다. 첫째, 새로운 종은 어떻게 형성됩니까? 그것이 종의 기원에 대한 다윈의 질문입니다. 둘째, 종은 음식을 위해 경쟁합니까? 그들이 그렇게한다면, 그것은 동물 공동체의 구조에 어떤 영향을 미칩니 까? 그것은 1980 년대 초에 뜨거운 주제였습니다. 당시 실험적 증거는 거의 없었으므로 어떤 식 으로든 위치를 취할 수있는 범위가 많았습니다. 셋째, 왜 일부 인구가 신체 크기 및 부리 크기와 같은 형태 학적 특성에 큰 변화를 나타내는가?

Quanta Magazine의 Jessica Kourkounis

처음으로 섬을 밟는 것은 어땠습니까?

PG :오랫동안 생각한 이국적인 위치에 도착하는 스릴을 전달하기가 어렵습니다. 첫 번째 착륙은 잊을 수 없습니다.

첫 번째 주요 발견은 1977 년에 심한 가뭄으로 이어졌습니다. 무슨 일이 있었습니까?

PG :내 학생이 섬에 일하면서 새들이 죽어 가고 있다는 사실을 후회했습니다. 우리는 그에게 끔찍한 필드 시즌에 관한 편지를 받았습니다. 그러나 우리는 이것이 왜 새가 모양과 크기인지 이해하는 데 매우 중요하다고 생각했습니다. 그것은 첫 번째 희미한 일이었습니다.

우리는 1977 년 말에 우리 두 딸과 함께 섬으로 돌아갔습니다. 가족으로서 우리는 죽은 새와 살아있는 새를 위해 섬을 닦았습니다. 우리는 그것이 죽은 작은 새들이 주로 죽었다는 것을 발견했습니다. 큰 부리가있는 중간지면 핀치는 큰 씨앗을 활용할 수 있었기 때문에 작은 부리를 가진 사람들보다 생존 이점이있었습니다. 우리가 생존자의 자손을 보았을 때, 우리는 그들이 부모처럼 크다는 것을 알았습니다. 부리 크기의 진화 적 변화가있었습니다. 이것은 자연 선택에 의한 진화에 대한 명확한 시연이었습니다.

이번이 처음으로 진화를 실시간으로 관찰 한 것은 이번이 처음입니까?

PG :자연 환경에서는 그렇습니다. 과학자들은 이전에 살충제 저항성의 진화와 박테리아 감염에 대한 내성을 보여 주었다. 그러나 지속적으로 변화하는 생태 학적으로 중요한 특성을 위해, 이것은 자연 환경에서의 진화의 첫 번째 시연이었습니다.

RG :그래서 우리가 깨끗한 환경을 사용하는 것이 매우 중요했습니다. 우리는 그것이 인간의 영향을받지 않았다는 것을 알았습니다.

1981 년에는 Big Bird라고 불렀던 특이한 핀치를 발견했습니다. 그에게 특별한 점은 무엇입니까?

RG :Big Bird가 Daphne에 도착했을 때, 우리는 그를 붙잡고 혈액 샘플을 가져갔습니다. 그는 부모 종 중 하나를 역 변형시킨 하이브리드 매체 지상 핀치와 선인장 핀치 (Cactus Finch)의 확률이 높다는 것을 보여 주었다.

Big Bird는 두 개의 중간지면 핀치로 자랐고 그 자손은 계보를 시작했습니다. Daphne은 2003 년부터 2005 년까지 또 다른 심각한 가뭄을 겪었고 Big Bird의 계보의 모든 새들은 형제 자매를 제외하고 죽었습니다. 비가 다시 왔을 때, 형제 자매는 서로 짝을 이루고 26 개의 자손을 생산했습니다. 9 명을 제외한 모든 사람은 번식으로 살아 남았습니다. 아들은 어머니와 함께 자란 아버지, 아버지와 함께 딸, 그리고 나머지 자손과 함께 끔찍한 근친 계보를 만들어 냈습니다.

왜 그렇게 중요한가요? Big Bird는 새로운 핀치 종의 시작 이었습니까?

RG :모든면 에서이 계보는 다른 종처럼 행동했습니다. 계보는 가장 가까운 친척 인 중간지면 핀치보다 훨씬 컸습니다. 이 새들은 모두 원래 식민지의 노래 인 다프네에서는 들어 본 적이없는 다른 노래를 불렀습니다. 그들은 섬의 한 부분에서 자랐고 서로 연속적이지만 다른 종의 겹치는 영토를 가졌습니다. 다른 종들은 큰 새를 완전히 무시했고 큰 새들은 그들을 무시했습니다.

원래 식민지 주민은 우리가 세대를 통해 완전히 추적 할 수있는 유전 적 마커를 가지고있었습니다. 가뭄에서 살아남은 형제 자매는 그 마커의 두 사본을 가지고있었습니다. 그때부터 혈통에있는 모든 새들은 그 마커를 가지고 다녔습니다.

큰 새 계보에 놀랐습니까?

RG :우리는 종종 다른 종에서 유전자가있는 새들이 다른 생태 조건을 가진 다른 섬으로 날아간다면 자연 선택이 새로운 종으로 형성 될 것이라고 주장했다. 우리는 우리가 그런 일이 일어날 것이라고 생각하지 않았지만 우리는 그랬습니다.

Big Bird 이야기는 교배에 대해 무엇을 말합니까? 그것이 새로운 종의 발달을 자극 할 수 있다는 것?

PG :몇 년 전, 사람들은 인구가 교배 할 때 유전자를 교환하는 것이 두 집단의 융합 이외의 다른 것을 이끌어 내지 않을 것이라고 생각했습니다. 새로운 종의 생성을 취소하는 것은 거의 파괴적인 힘입니다. 그러나 큰 새 이야기에서 교배는 실제로 새로운 것을 생성 할 수 있습니다. 우리는 나비 문학에서도 같은 것을 본다. 나비의 일부 인구는 다른 두 사람의 교배의 산물입니다.

RG :두 개의 게놈을 모아서 새로운 유전자 조합을 얻을 수 있습니다. 그런 다음 자연 선택 과정은 새로운 인구에게 작용하여 새로운 궤도에 적용될 수 있습니다. 일부는 실패 할 것입니다. 일부는 매우 가변적 인 자손을 생산할 것입니다. 그 개인들 중 일부는 새로운 환경에 있거나 변화된 환경에있을 것입니다. 이것은 그들이 약간의 이점을 가질 수있는 곳입니다.

우리는 이제 특정 유전자가 네안데르탈 인에서 현대 인간으로 왔다는 것을 알고 있습니다. 우리는 핀치에서도 같은 종류의 것을 보았습니다.

다프네에 대한 재임 기간 동안, 당신은 섬을 식민지화하는 새로운 핀치 그룹을 목격했습니다. 왜 그렇게 흥미로운가?

PG :1982 년 El Niño의 폭우로 다른 섬의 5 개의 큰 지상 핀치가 Daphne에 머물고 번식하기로 결정했습니다. 그들은 숫자를 매우 느리게 만들었고 다른 핀치 종에 거의 영향을 미치지 않았습니다. 그러나 가뭄이 2003 년에 시작되었을 때, 그들의 숫자는 식량 공급에 물질적 인 영향을 줄 정도로 높았습니다.

대형 지상 핀치는 크고 단단한 씨앗의 공급을 줄이기 위해 상주 중간지면 핀치와 경쟁했습니다. 결과적으로, 중간지면 핀치의 평균 부리 크기가 감소하고 두 종의 차이가 증가했습니다. 다윈은 이것을 캐릭터 발산의 원리라고 불렀습니다. 부리 크기와 같은 특성은 자연 선택의 결과로 분기됩니다. 이전에 분리 된 두 종이 함께 모여 음식을 위해 경쟁 할 때 발생합니다. 그것은 경쟁의 결과로 한 종이 멸종되는 것과는 달리 종이 공존 할 수있게한다. 우리는 과정, 원인 및 자연 선택의 역할에 대한 최초의 결정적이고 포괄적 인 시연이었습니다.

진화에 대한 우리의 이해에서 지난 40 년 동안 당신이 본 가장 큰 변화는 무엇입니까?

PG :우리의 연구와 다른 사람들로부터, 나는 진화율의 일반적인 개념이 바뀌 었다고 생각합니다. 생각보다 훨씬 빠른 과정입니다. 우리가 시작했을 때, 대부분의 사람들은 당신이 한 세대에서 진화론 적 변화를 얻을 수 있다는 회의적이었을 것입니다. 예를 들어 더 뾰족한 부리를 가진 새를 생산합니다. 자연 선택의 영향이 너무 순간이어서 측정 할 수 없다는 생각이 버려졌습니다.

새로운 종의 개발에 대한 우리의 이해가 어떻게 변 했습니까?

RG :종종의 [전통적인] 모델은 거의 3 단계 프로세스였습니다. 첫째, 새로운 지역의 식민지가있었습니다. 새로운 지역마다 생태 학적 조건이 다르므로 종은 자연 선택의 결과로 변합니다. 그런 다음 다른 지역으로갑니다. 두 종이 다시 접촉 할 때까지 식민지화, 변화 및 분산이 발생합니다. 그런 다음 캐릭터 변위와 같은 것을 얻을 수 있습니다.

우리의 연구는이 종 분화 모델이 유지된다는 것을 보여주었습니다. 그러나 또한, 우리는 한 종에서 다른 종으로의 유전자 흐름과 같은 다른 종의 종 경로가 있음을 보여주었습니다. 우리는 이것을 큰 새 계보뿐만 아니라 시클리드 물고기와 나비에서도 본다. 종에 대한 여러 경로가 있습니다.

유전체학은 현장에 어떤 영향을 미쳤습니까?

PG :일반적으로 진화와 종 분화에 대한 우리의 이해는 유전체학의 결과로 큰 변화를 겪고 있습니다. 그것은 우리가 시작했을 때와의 주요 차이점입니다. 이제 우리는 우리가 이전에 형태학 [물리적 형태의 유기체]에서 추론해야했던 진화 과정에 대한 유전 적 토대를 가지고 있습니다.

RG :정말 큰 돌파구는 전체 게놈 시퀀싱이었습니다. 우리는 핀치 게놈을 시퀀싱하는 스웨덴 유전 학자들과 협력하고 있습니다. 그것은 매우 흥미로워졌습니다.

2003 년부터 2005 년까지의 큰 선발 행사를 위해, 우리는 가뭄과 생존자들로부터 새들로부터 피를 흘렸다. 우리는 하나의 유전자, hmga2 을 보여주었습니다 , 매우 중요했습니다. 유전자는 두 가지 형태로 제공됩니다. 하나는 큰 새와 작은 새와 관련이 있습니다. 우리는 hmga2 의 큰 버전을 보여줄 수있었습니다 선택적 불리한 점이 있었고 작은 버전이 유리했습니다.

PG :이 두 변이체의 빈도가 크게 바뀌 었습니다. 작은 크기와 관련된 변형은 증가했습니다. 이 발견까지 우리는 진화가 일어났다 고 생각할 많은 이유가 있었지만 유전자 빈도의 변화에 ​​대한 유전 적 증거는 없었다. 이것은 클린 처였습니다. 그래서 우리에게 매우 흥미로 웠습니다.

David Kaplan, Petr Stepanek 및 Quanta 잡지의 Ryan Griffin; Podington Bear의 음악

RG :시퀀싱 게놈은 야생의 인구에 대한 실제 지식을 가지고 있다면 훨씬 더 많은 것을 드러낼 수 있습니다. 그것을 합치면 엄청나게 보람이되었습니다. 우리는이 일을 할 수있어서 운이 좋다. 우리는 항상 혈액 샘플과 노래 녹음을 보관하고 돌아갈 수있었습니다. 미래에 Genomic Work와 현장 작업을한데 더 큰 감사를 표할 수 있기를 바랍니다.

탐험을 가장 기쁘게 생각하는 새로운 질문은 무엇입니까?

PG :큰 새 이야기. 우리는 2005 년에 선택한 것처럼 Big Bird에 대한 유전 적 토대를 원합니다. 우리는 데이터를 기다리고 있습니다.

당신은 원래 당신이했던 것처럼 Daphne으로 계속 돌아갈 계획이 없었습니다.

PG :장기 연구를하는 사람은 처음에는 오랫동안 돌아갈 것으로 기대하지 않습니다. 우리는 처음에 보상을받는 것이 운이 좋았습니다.

다프네로 돌아갈 계획입니까?

RG :우리는 40 년 후 집중 작업을 중단했지만 돌아갈 계획입니다.

PG :가장 나이가 많은 사람은 122 세에 사망했습니다. 그것은 우리가 40 년 더 있다는 것을 의미합니다.