산간 하이브리드는 진화에서 중요한 역할을합니다

2006 년에 사냥꾼은 캐나다 북서부 지역에서 북극곰이라고 생각한 것을 촬영했습니다. 그러나 면밀한 검사를 통해 하얀 모피에 갈색 패치가 밝혀졌으며, 특징적으로 긴 발톱 및 약간 뭉친다. 생물은 실제로 하이브리드, 어머니는 북극곰, 아버지는 그리즐리였습니다. 이 십자가는 가능한 것으로 알려져 있지만, 두 종은 이전에 포로로 짝을 이루었습니다. 이것은 야생에서 발견 된 최초의 문서화 된 사례였습니다. 그 이후로, 이것은 고립 된 사건이 ​​아니라는 것이 분명해졌습니다. 보존 론자들과 다른 사람들은 기후 변화가 그리즐리 곰을 북극곰 영토로 계속 몰아 내면 그러한 교배가 더 흔해지고 북극곰 인구를 황폐화시킬 것이라고 걱정합니다. 일부는 심지어 종을 보존하기 위해 하이브리드 살해를 제안했습니다.

그러나 그리즐리스와 북극곰은이 종이 수십만 년 전에 분기 된 이후로 짝을 이루고 있습니다. 북극곰 게놈은 고대 그리즐리 곰으로부터 미토콘드리아 DNA를 유지했으며 그리즐리는 북극곰과 혼성화되는 유전자를 물려 받았습니다. 조지아 대학교의 진화 생물 학자 인 마이클 아놀드 (Michael Arnold)는“사람들은 교배가되면 북극곰이 아름다운 흰 코트를 잃을 것이라고 걱정한다. "그러나 진실은이 유기체가 지금 오랫동안 자신을 완전히 좋아하지 않았다는 것입니다."

"이 믹스가 일반적인 자연적인 사건이라면"순수한 "부모 게놈과 혼합되지 않도록 하이브리드를 죽이는 것은 우리가 가볍게해야 할 관리 기술이 아닙니다." 실제로, 이러한 종류의 혼성화에 의해 도입 된 유전자 변이는 극지통을 구할 수 있으며, 온도가 상승하고 얼음이 녹는 일에 직면 한 생존은 록커, 덜 얼린 서식지에 적응하는 능력에 달려있다. Arnold는 그리즐리 곰에서 일부 유전자를 섭취하는 것이 북극곰에게 적응력이있을 가능성이 높다고 결과는“북극곰과 똑같이 보이지 않을 것”이라고 말했다.

이와 같은 논쟁은 자연적으로 발생하는 하이브리드의 나쁜 평판이 완전히 정당화되지 않을 가능성을 강조합니다. 역사적으로, 하이브리드는 종종 멸균 또는 부적응 교차점의 멸균 또는 부적합한 자손 (예 :암컷 말과 수컷 당나귀에서 태어난 노새)과 관련이 있습니다. 자연 주의자들은 전통적으로 야생의 혼성화를 일종의 무관 한, 대부분 드문 데드 엔드 플루크로 간주했습니다. 하이브리드가 실행 가능하거나 비옥하거나 흔하지 않은 경우 어떻게 진화에 많은 영향을 줄 수 있습니까? 그러나 게놈 연구가 종의 진화 방식에 대한 새로운 통찰력을 제공함에 따라, 생물 학자들은 이제 놀랍게도 하이브리드가 종을 강화하는 데 중요한 역할을하고 가까운 친척으로부터 유용한 유전자를 취하는 데 도움이된다는 것을보고 있습니다.

요컨대, 부적응 쌍은 교배에 대한 전체 이야기를 말하지 않습니다. 유기체 사이에서 발생하는 유전자 전이는 계보가 발산되는 동안 적응 특성의 출현과 새로운 종의 생성에 손을 낳습니다. Arnold에 따르면, 새로 떠오르는 종들이 하이브리드 개체군을 통해 유전자를 다시 찍는 것이 일반적 일뿐 만 아니라“바이러스, 식물, 박테리아 또는 동물에 대해 이야기하든 상관없이 진화가 진행되는 가장 일반적인 방법 일 것입니다.”

라이온스와 호랑이와 재규어, 오 마이!

가장 최근에, 하이브리드 화의 서명은 재규어의 진화에 관한 연구에서 나타났습니다. 지난 달 Science Advances 에 출판 된 논문에서 , 7 개국에 걸친 기관의 연구원 팀은 Panthera 의 5 명의 회원의 게놈을 조사했습니다. 종종“큰 고양이”라고 불리는 속, 사자, 표범, 호랑이, 재규어 및 스노우 레오파드. 과학자들은 재규어와 표범의 게놈을 처음으로 시퀀싱하고 다른 3 종의 이미 존재하는 게놈과 비교하여 5 개 모두에서 공유 된 13,000 개 이상의 유전자를 발견했습니다. 이 정보는 그들이 약 460 만 년 전에 다른 동물들이 어떻게 공통 조상과 어떻게 분기되었는지를 설명하기 위해 계통 발생 나무 (본질적으로 종의 가계도)를 건설하는 데 도움이되었습니다.

브라질에있는 리오 그란데 (Rio Grande Do Sul)의 폰티픽 카톨릭 대학교의 생물 학자이자 생물 학자 인 에두아르도 에이 시릭 (Eduardo Eizirik)이 그룹의 지도자 중 한 명은 지난 15 년 동안 재규어를 공부하기 위해 헌신했다. 그와 그의 동료들은 게놈을 매핑함에 따라 동물의 큰 머리와 강한 턱과 같은 적응을 담당 할 수있는 유전자를 빗질했습니다. 이는 장갑 파충류의 식단을 수용하기 위해 진화했을 가능성이 높습니다. 예를 들어 재규어가 악어 피부 나 거북이 껍질을 뚫을 수있었습니다.

그러나 이러한 적응 중 일부는 재규어 계보에서 전혀 유래하지 않았을 수 있습니다. Eizirik의 팀은 다른 panthera 사이의 많은 교차점의 증거를 발견했습니다. 종. 한 경우에, 재규어에서 발견 된 두 유전자는 사자와의 과거 혼성화를 가리 켰는데, 이는 계통 발생 경로가 지배 된 후에 발생했을 것이다. 두 유전자 모두 시신경 형성에 관여하는 것으로 밝혀졌다; Eizirik은 유전자가 재규어가 필요하거나 악용 할 수있는 시력의 개선을 암호화했다고 추측했다. 어떤 이유로 든 자연 선택은 사자의 유전자를 선호했으며,이 유전자는 원래 그 특성을 위해 원래 가지고있는 그 자리를 대신했습니다.

이러한 혼성화는 Eizirik Group이 panthera 를 묘사하는 이유를 보여줍니다. 진화 나무는 주목할 만하다. Eizirik은“결론은 이것이 모두 더 복잡해 졌다는 것입니다. "종은 결국 분리되었지만 사람들이 자주 말하는 것만 큼 즉각적인 것은 아닙니다." 그는 덧붙였다.“우리가 연구 한 게놈은이 역사의 모자이크를 반영했습니다.”

생물학적 종 개념

Eizirik 's만큼 상세하고 철저하게 분석 된 데이터를 지원하는 것은 드물지만, 혼성화가 종의 발달에 기여한다는 근본적인 아이디어는 결코 새로운 것은 아닙니다. 생물 학자들은 1930 년대 이래로 하이브리드 화가 식물에서 자주 발생한다는 것을 알고 있으며 (영국에서만 개화 식물 종의 약 25 %에 기록되어 있음) 진화에 중요한 역할을합니다. 실제로, 1938 년에 연구에서 보았던 혼성화 및 유전자 흐름의 패턴을 설명하기 위해 1938 년에“내성 혼성화”또는 내성이라는 문구를 만들어 낸 식물 학자 쌍의 식물 학자였습니다. 각 부모의 유전자를 동등하게 공유하는 50-50 하이브리드 자손을 생산하기 위해 교차하는 두 종인 A와 B라고합시다 고 상상해보십시오. 그런 다음 종 A의 구성원과 번식하기 위해 교차하는 하이브리드를 상상하고 자손이 동일하다고 가정합니다. 여러 세대 후, 자연은 종 A에서 유기체가 남아 있습니다. 그 게놈은 종 B에서 몇 가지 유전자를 유지 한 종 A의 유기체가 남아 있습니다. 연구 연구는이 과정이 완전히 새로운 식물 종을 생성 할 수 있음을 보여주었습니다.

그러나 동물 종은 적어도 한동안 더 개별적으로 보였습니다. 대부분의 동물 학자들은 1942 년 전설적인 생물 학자 Ernst Mayr가 제안한 생물학적 종 개념을 뒷받침했습니다. 전설적인 생물학 자 Ernst Mayr는 Darwin의 자연 선택과 유전학 과학의 자연 선택을 결합한 Evolution 이론의 버전 인 현대 합성의 건축가 중 한 명인 전설적인 생물 학자 Ernst Mayr가 제안했습니다. Mayr의 생물학적 종 개념은 생식 분리에 기초한 것입니다. 종은 다른 인구와 번식 할 수 없거나 번식 할 수없는 집단으로 정의되었습니다. 1970 년대에 그 규칙에 대한 예외가 나타나기 시작하더라도, 많은 생물 학자들은 혼성화가 동물에서 중요하기에는 너무 드물다고 생각했습니다. 하버드 대학교의 진화 생물학자인 제임스 말렛 (James Mallet)은“우리는 태도를 깜박 거렸다”고 말했다. 오늘날 그는 그러한 혼성화가 진화 역사의 재건에 영향을 미치지 않거나“이것은 적응 적 진화에 유용하지 않다는 것이 더 이상 어울리지 않았다”고 덧붙였다.

계산 및 게놈 도구는 우리 자신의 종에서도 내성이 얼마나 많은지를 증명하기 때문에 이것은 특히 사실입니다. 2009 년 이래로 연구에 따르면 약 5 만에서 60,000 년 전 아프리카에서 퍼지는 일부 현대 인간은 네안데르탈 인들과 교제 된 것으로 나타났습니다. 그들은 나중에 또 다른 조상 인간 그룹 인 Denisovans와 함께했습니다. 두 경우 모두 아이들은 다른 현대 인간과 짝을 이루어 그들이 우리에게 획득 한 유전자를 전달했습니다. 현재, 연구자들은 일부 인구가 네안데르탈 인에서 DNA의 1 ~ 2 %를 물려 받았으며 Denisovans에서 최대 6 %를 상속 받았다고 추정합니다.

2012 년 Mallet과 그의 동료들은 heliconius의 두 혼성화 종 사이에 많은 양의 유전자 흐름을 보여주었습니다. 나비. 다음 해에 그들은 한 종의 유전자의 약 40 %가 다른 종에서 나온 것으로 판단했습니다. Mallet의 팀은 현재 98 %와 같은 유전자를 더 많이 교환하는 다른 나비 종과 협력하고 있다고 그는 말했다. 게놈의 나머지 2 %만이 종을 분리하고 그들의“진정한”진화 궤적을 반영하는 정보를 전달합니다. anopheles 의 말라리아를 운반하는 모기에서도 비슷한 종의 종 라인이 이미 발견되었습니다. 속.

Eizirik과 그의 팀이 수행 한 연구는 이에 대한 매력적인 사례를 만듭니다. 그들이 분석 한 유전자 내성이 발생했을 때, 5 개의 panthera 의 집단은 종은 기후 변화로 인해 감소 된 것으로 추정됩니다. A 인구가 작을수록 유해한 돌연변이가 게놈에 부착 될 가능성이 커집니다. 아마도 다른 종들 사이에서 발견 된 유전자 흐름은 멸종에서 구출되어 적응 형 돌연변이를 제공하고“패치”는 해로운 돌연변이를 제공했습니다. Arnold는“이런 종류의 유전자 돌연변이 주입은 너무 커서 실제로 빠른 진화를 일으킬 수 있습니다.

그리고 그 과정은 단일 종의 진화 속도를 높이는 것으로 끝나지 않습니다. 적응 형 내성은 적응성 방사선에 크게 기여할 수 있으며, 한 종이 다양한 유형으로 빠르게 다양하게 다각화하여 독립적으로 계속 적응하는 새로운 계보를 형성 할 수 있습니다. 교과서 사례는 동 아프리카의 그레이트 레이크에서 찾을 수 있습니다. 동 아프리카의 그레이트 레이크 (Great Lakes)는 수백 개의 시클리드 종에 수백 개의 고향이 있으며, 공통 조상들로부터 폭발적인 버스트 (진화 시간 척도)에 다양한 환경의 기후와 지각적 변속에 대한 반응으로 다각화 된 물고기의 유형입니다. 오늘날 시클리드는 형태, 행동 및 생태가 크게 다릅니다.

생물 학자들은 진화에 대한 혼성화의 중요성을 완전히 이해하기 위해 더 많은 해가 필요할 것입니다. 예를 들어, Arnold는 Galápagos와 Yellowstone National Park의 늑대와 옐로 스톤 국립 공원의 핀치에서 수행 된 것들과 같은 추가 조사를보고 싶어합니다. 행동, 대사 및 기타 분석은 적응성이 얼마나 많은지, 그리고 얼마나 많은 정보가 있는지, 그리고 적응력이 특정한 종류의 유전자에만 영향을 미치는지 여부를 보여줍니다.

불행하게도, 보존 주의자들과 다른 사람들에게는 불완전한 종의 다양성을 관리하는 데 어려움을 겪고 있다면, 만족스러운 답변이 없으면 더 즉각적인 문제가 발생합니다. 그들은 종종 야생 하이브리드 개체군을 피해 하이브리드로부터 보호하는 가치를 무게를 측정해야한다.

하이브리드의 불확실한 보존

사례 :1950 년대에 살리나스 밸리 (Salinas Valley)의 한 쌍의 캘리포니아 미끼 딜러가 사업을 확장하고 픽업 트럭에 뛰어 들어 텍사스 중심가와 뉴 멕시코로 이륙했습니다. 그들은 캘리포니아 원주민 Tiger Salamander의 두 배 이상으로 성장할 수있는 Tiger Salamanders를 금지했습니다. 새로운 종은 빠르게 현지 어부에게는 좋았지 만 지역 생태계에는 좋지 않은 것으로 판명되었습니다. 출시자들과 짝을 이루는 도입 된 도롱뇽은 부모의 종을 뒷받침 할 수있는 하이브리드 품종을 만듭니다. 곧 캘리포니아 호랑이 도롱뇽은 완전히 지워질 위험이 있음을 발견했으며 오늘날 위협을받는 종으로 남아 있습니다.

이러한 예는 왜 하이브리드가 보존 주의자에 의해 보호로부터 실격 된 이유를 보여줍니다. 하이브리드는 부모 세대의 유전자 풀을 저하시키고 생물 다양성에 위협을 가하는 것으로 생각됩니다. 이 배제는 캘리포니아 호랑이 도롱뇽의 경우와 마찬가지로 인간의 행동으로 인해 교배가 인간의 행동으로 인해 발생할 때 특히 유효한 것으로 보이며, 더 최근의 뉴스에서는 카리브해를 황폐화시키는 사자 피쉬. 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학의 보존 생물 학자 브래들리 샤퍼 (Bradley Shaffer)는“보존 맥락에서, 혼성화는 일반적으로 보존 생물학의 진언이 진화함에 따라 종과 혈통을 보호하는 것이기 때문에 단순히 부정적인 것으로 간주된다. 전 세계의 다른 지역에서 외국 종을 소개하면 침입 종의 계보가 하이브리드에 의해 삼키더라도 그 결과는 치명적일 수 있습니다.

그러나 혼성화를 완전히 방지하면 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. Mallet, Arnold, Eizirik 및 Grants (그 중에서도)가 수행 한 작업이 지리적으로 이웃하는 종들 사이의 교배가 자연스럽게 발생할 때 종이 새로운 위협에 적응하는 데 도움이 될 수 있습니다. Shaffer는“[Hybridization이 창의적 진화 적 힘이면, 그 과정을 유지하는 보존 정책은 중요하고 최전선에 도착해야한다”고 말했다.

따라서 하이브리드 화를 위협이나 멸종 위기에 처한 인구에 인위적으로 도입해서는 안되지만, 자체적으로 발생할 때 반드시 방지해서는 안됩니다. Mallet과 하이브리드 화가 자연적이고 진화 적으로 중요한 것으로 간주하는 다른 연구자들에 따르면, 하이브리드는 보존법에 따라 보호를 배제해서는 안됩니다. Mallet은“지속적으로 혼성화를 예방하면 문제가 될 수 있습니다.

따라서 많은 전문가들은 멸종 위기 종법 및 기타 법안이 구식이며 개정이 필요하다고 생각합니다. 프린스턴의 진화 생물 학자 브리 지트 폰 홀드 (Bridgett Vonholdt)는“보존에 대한 우리의 보존 토론을 게놈 시대로 옮기는 데 도움을주고 싶다. "우리의 정책은보다 유연하고 포괄적이어야합니다."

북미를 돌아 다니는 다양한 종의 늑대를 가져 가십시오. 회색 늑대, 멕시코 늑대, 붉은 늑대 및 동부 늑대는 모두 멸종 위기에 처해 있으며 한때 뚜렷한 종으로 취급되었습니다. 그러나 최근의 게놈 증거는 붉은 늑대와 동부 늑대가 실제로 회색 늑대와 코요테의 하이브리드 일 가능성을 지적합니다. 보존 정책과 관련하여 어두운 지역 하이브리드가 점령을 감안할 때,이 발견은 회색 늑대의 진화 역사에서 생태 학적 역할에 대한 보호 지위와 복잡한 생물 학자의 이해에 의문을 제기했습니다.

많은 요소가 알려지지 않았거나 불분명 할 때 보존에서 최상의 행동을 결정하는 것은 매우 어려운 작업이며 전문가가 아직 해결하지 못한 것입니다. Shaffer에 따르면 주어진 하이브리드 종의 환경과 게놈 역사의 뉘앙스는 보존에 접근하는 방법에 대한 뉘앙스를 요구합니다.

Mallet은“이것은 균형 잡힌 행동입니다