한 종이 두 종으로 어떻게 나눌 수 있는지 이해하려는 생물 학자들에게 Apple Maggot Fly는 유전 적 비밀을 쏟아 부는 것처럼 보였습니다.
지난 170 년 동안 rhagoletis pomonella의 인구 북아메리카의 토착 호손 나무의 열매를 감염시키는 것에서 유럽 식민지 주민들이 도입 한 사과 나무를 감염시키는 것으로 뛰어 들었습니다. 새로운 사과 전문의 곤충들은 사과 나무가 결실을 맺을 때 일찍 성숙함으로써 발달 일정을 바꾸었다. 두 가지 유형의 파리를 구별하고 분리 한 새로운 유전 적 차이를 찾는 것은 쉬웠을 것입니다.
연구원들은 하나를 찾았지만 타이밍은 모두 잘못 보였습니다. 전혀 새로운 돌연변이가 아니 었습니다. 대신, 유전자 변이체는 백만 년 전에 고립 된 멕시코 인구에서 유래 한 후 고대 혼성화 사건 이후 북쪽으로 퍼졌습니다. 종 분화 유전자는 어떻게 실제 종보다 나이가 많은 순서가 될 수 있습니까?
과거에는 이것이 생물학적 우연으로 해석되었을 수 있습니다. 그러나 연구자들이 분기 계보, 특히 물집 속도로 종을 형성하는 게놈에서 더 많은 게놈을 조사함에 따라이 패턴은 계속 나타납니다.
종의 생식 분리와 관련된 많은 유전자 변이체는 종 자체보다 나이가 많다. 이 오래된 변형은 종종 먼 친척과의 혼성화를 통해 계보에 주입됩니다.
생태 및 진화 추세에서 최근 검토 이 현상은 새로운 종이 어떻게 형성되는지에 대한 근본적인 것을 드러냅니다. 새로운 역할의 오래된 변이체는 새로운 돌연변이보다 종의 기원에서 때때로 더 중요한 역할이 될 수 있습니다. 그리고 오랫동안 진화의 막 다른 골목으로 간주되는 혼성화 - 대신 오래된 유전자 변이체를 새로운 방식으로 결합하여 빠른 다각화에 연료를 공급하는 촉매제 역할을합니다.
베른 대학교의 진화 생물 학자 데이비드 마크와 올레시 하우 센 (University of Bern)과 캠브리지 대학교 (Joana Meier)는 종의 조합 종양의 기원에 대한 새로운 견해를 불러냅니다.
Seehausen은“이 모든 새로운 게놈 데이터는 동물과 식물의 종 분화가 종종 오래된 유전자 변이를 포함하여 연계를 구축함으로써 작동한다는 것을 분명히 보여줍니다. "우리는 스스로에게 물어봐야합니다 :이것은 고전적인 견해와 비교하여 매우 일반적인 메커니즘입니까?"
전형적으로, 새로운 종의 기원은 더 큰 부리 나 더 섹시한 노래를 만드는 임의의 돌연변이에 의존하는 느리고 점진적인 과정입니다. 이 새로운 특성이 소집단이 새로운 생태 틈새 시장을 이용하거나 이웃 인구와 짝을 지을 가능성이 줄어든다면 새로운 종이 태어날 수 있습니다. 계보가 서로 분리되어있을 때, 이들의 발산 게놈은 차이를 축적하여 점점 더 양립 할 수 없게됩니다. 종 분화가 완료되면, 게놈은 너무 다르기 때문에 하이브리드에 결합 될 때 작동하지 않아 불임 또는 부적합한 "막 다른 골목"을 생성합니다.
.그러나 그것은 Seehausen과 그의 동료들이 말하는 많은 사람들이 빠르게 발산하는 많은 종에서 일어나고 있다고 말하는 것과 반대입니다. 그들은 조합 종 분화는 종에 대한 유전자 참신성이 어떻게 그렇게 빨리 발생할 수 있는지 설명하고 있으며, 이전에 생각했던 것보다 혼성화가 더 흔한 발견과 일치한다고 설명합니다. 그러나 다른 생물 학자들은 삶의 나무에 걸쳐 혼성화의 진화 결과에 대해 충분히 알지 못하기 때문에주의를 촉구합니다. 그들은 조합의 종양 모드의 중요성에 대해 너무 대담하게 추측 할 수있는 새로운 종을 만들지 못하는 광범위한 혼성화에 대한 알려진 예가 너무 많다고 주장한다.
.세계에서 가장 빠른 종자
세 작가의 견해는 자연에서 가장 폭발적인 종 방사선 중 하나 인 아프리카 시클리드 물고기에 대한 연구에 의해 형성됩니다. 단지 150,000 년 만에, 700 종 이상의 종들이 모양, 크기 및 생태의 기술로 발산되었습니다. 빅토리아 호수는 15,000 년 전에 형성된 이래로 약 500 종이 해안 내에서 다각화되어 생물 학자들이 종의 초기 단계를 이해하려는 이상적인 시스템으로 만들었습니다.
.Seehausen은 유전자 흐름이 호수의 Cichlid 종 사이의 차이를 어떻게 침식하는지 연구하여 시작했습니다. 종은 특정 깊이에서 번성하여 균열 호수의 가파른 경사를 따라 다른 가벼운 환경과 생태 틈새에 적응할 수 있습니다. 부영양화 또는 인간 활동과 같은 교란은 말 그대로 물을 진흙 투성이 할 수 있습니다. 이러한 혼란은 짝짓기에 대한 정상적인 장벽을 모호하게하여 뚜렷한 종 (명확하게 볼 수 있다면 더 잘 알 수 있음)을 유발하고 하이브리드 떼를 형성합니다.
Seehausen은 이런 종류의주기적인 믹싱 이이 계보의 역사에서 종종 발생했다고 생각합니다. "나는 그것이 그 계보에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 어떤 종종과 재배치 및 재 시계가 역학에 어떤 영향을 미칠지 생각하기 시작했다"고 그는 말했다.
2004 년에 그는 비교적 뚜렷하지만 여전히 호환 가능한 계보 사이의 혼성화는 유전자 풀에 다량의 유전 적 다양성을 주입 할 수 있다고 주장했다. 재조합을 통해이 조상 다양성은 슬라이스되어 새로운 구성으로 깎아집니다.
유전 적 가능성의 급속한 확장은 새로운 생태 학적 틈새 시장을 채우는 데 혈통 견인력을 제공합니다. 새로 창조 된 호수와 같은 기회가 주어지면, 오래된 대립 유전자의 성공적인 새로운 조합이 하이브리드 떼에서 사격했습니다. 물론 모든 조합이 작동하는 것은 아니지만 새로 형성된 환경에서는 때때로 선택이 약할 수 있습니다. 이 편안한 선택은 하이브리드 시클리드를 줄 수있는 새로운 방법을 조정하여 추가 시간을 추가로 긁어 내기 위해 핸디캡이 될 수있는 부모의 게놈 사이의 비 호환성을 분류 할 수 있습니다. 동시에, 게놈의 다른 곳에서 오래된 대립 유전자의 다른 독특한 조합은 하이브리드 떼의 다른 파생물과 호환되지 않을 수 있으며, 유전자 흐름에서 신진 계보를 완충시킵니다.
.게놈 시퀀싱이 더 많은 종 분화 사건에 관여하는 조상을 보여 주면서, 종에 대한 이러한 종에 대한 관점은 증거 체중을 얻고있다. 예를 들어, Meier와 그녀의 동료들이 Nature Communications 에 출판 한 연구 2017 년 빅토리아 호수에있는 500 종의 시클리드의 빠른 방사선은 호수보다 나이가 들었을 가능성이 높은 하이브리드 떼에서 비롯된 것으로 확인되었습니다.
호수 내에서 모든 종은 아마도 지난 15,000 년 안에 공동 조상에서 내려갔습니다. 그러나 연구원들이 빅토리아 호수 물고기를 더 큰 시클리드 나무에 놓으려고했을 때, 그들은 두 개의 매우 고대 강 종 (어퍼 나일, 콩고 강에서 하나) 사이에 떨어졌습니다.
Meier에 따르면, 빅토리아 호수의 일부 게놈의 일부는 나일 종의 일부와 더 유사하지만 다른 일부는 콩고에 더 가깝습니다. "그들은 빅토리아시 클리드 (Victoria Cichlids) 호수의 기원에서 혼성화 된이 두 종의 유전자 모자이크입니다."라고 그녀는 말했습니다. 그 모자이크 게놈은 물고기의 빠른 확산과 종에 연료를 공급하기 위해 부모 혈통에서 충분한 유전 적 변이로 조상 하이브리드 떼를 뿌렸다.
동일한 유전자, 다른 조합
이 모자이크 패턴은 시클리드에서 가장 잘 연구 된 유전자 중 하나에서 분명합니다. 장파에 민감한 (LWS) Opsin 유전자는 눈을 다른 수준의 주변 광에 조정하는 데 도움이되며 빅토리아 호수 Cichlids 내에서 매우 다양합니다. 그 품종은 얕고 맑은 물을위한 두 가지 범주로 분류됩니다. 하나는 붉은 빛이 우세한 깊은 물을위한 것입니다. Seehausen 은이 유전자의 변화가 아프리카 시클리드가 새로 형성된 호수에서 이용 가능한 틈새 시장의 전체 스펙트럼을 채우는 데 도움이되었다고 말합니다. 또한 다른 유전자형은 남성의 다른 색상 패턴, 여성에게 큰 성적인 신호와 관련이 있기 때문에 신흥 종을 재현 적으로 분리하는 데 도움이되었습니다.
LWS Opsin의 탁월한 변동은 얕은 물 버전을 소유 한 콩고 계보가 심해 버전을 가진 나일 계보와 혼성화 될 때까지 단일 유전자 풀에 존재하지 않았습니다. 이 두 가지 버전의 유전자와 그에 따른 재배치는 하이브리드 모집단 내에서 새로운 물리적 다양성의 폭발을 일으켰다.
이와 같은 패턴도 게놈의 다른 곳에서도 나타납니다. 연구원들이 빅토리아시 클리드 (Victoria Cichlids) 호수의 차별화를 주도한 게놈 영역을 조사 할 때, 각 부모 계보의 새로운 변형 조합이 새로 등장한 종으로 분류 된 것을 발견했다.
.다른 종류의 조합
아프리카 시클리드의 다각화를 자극 한 고대 혼합 사건은 오래된 대립 유전자가 재조합하여 새로운 종을 형성하는 데 도움이 될 수있는 방법 중 하나 일뿐입니다. 조합 종종은 농민과 정원사가 잘 알고있는 고전적인 하이브리드 종 분화 메커니즘을 포함합니다. 식물에서는 부모로부터 생식 적으로 분리 된 새로운 종을 즉시 만들어내는 것이 일반적입니다.
.조합 종종은 또한 유 전적으로 다양한 인구가 수천 년에 걸쳐 수많은 파생물을 흡수하여 오래된 희귀 대립 유전자의 새로운 조합으로 만들어 질 수있는 상황을 설명합니다. Marques와 다른 연구자들은 해양 및 담수 서식지에 사는 작은 장갑 물고기 인 3 스패닝 스틱 백에서 일어난 일입니다. 마지막 빙하기 이후, Stickleback은 북반구를 가로 질러 호수와 개울을 반복적으로 식민지화했습니다. 연구에 따르면 물고기의 장갑 도금의 감소를 제어하는 것과 같은 담수 식민지와 관련된 주요 유전자는 종종 고대 해양 변형입니다. 이 대립 유전자 중 일부는 심지어 세 가지 스틱 스틱 백 자체의 존재를 사전 할 수도 있습니다.
다윈의 핀치, 애플 구더기 파리, 카푸치노 씨앗, 하와이 은색 스웨드 등 비슷한 패턴을 가진 종 그룹의 목록이 계속됩니다. 이 시스템에서 작업하는 과학자들은 방사선에서 혼성화의 잠재적 중요성을 오랫동안 인식 해왔다.
그러나 Marques와 그의 동료들은 축적 된 게놈 증거가 미래의 연구를 구성하기위한 새로운 용어로서“조합 종양”의 도입을 보증한다고 제안합니다. Marques는“Combinatorial”이라는 단어는“기존 변형으로 인한 새로운 조합의 생성이 실제로 공통점”을 가장 잘 설명하는 것처럼 보였습니다. 그는 종의 발생 방식에 대한 본질을 더 잘 자르는 언어로, 연구원들은 생명의 나무에 걸쳐 돌연변이를 포함한 다양한 메커니즘의 기여의 중요성을 평가할 수 있다고 생각합니다.
.오 클레어 위스콘신 대학교 (University of Wisconsin)에서 하이브리드 화를 연구하는 식물 생물학자인 노라 미첼 (Nora Mitchell)은“이것은 다양한 용어로 다양한 메커니즘을 재구성하는 데 도움이되는 방법이라고 생각한다. 그녀는 소개 생물학이 새로운 돌연변이의 기원에만 의존하는 것으로 생물 다양성의 진화를 묘사하는 것을 묘사하고 기존의 변이가 어떻게 채워질 수 있는지를 포괄하는보다 정확한 견해를 향해 떨어지는 것을보고 싶다고 말합니다.
.하이브리드 화는 가변적입니다
일부 생물 학자들은 우리 가이 모든 혼성화가 실제로 무엇을하고 있는지 알고 있다고 가정 할 때주의를 촉구합니다. Stanford University의 진화 생물 학자 인 Molly Schumer는“분야로서, 게놈에서 하이브리드 조상의 범위에 대한 우리의 이해는 진화론 적 영향을 이해하는 데있어 우리의 진전을 훨씬 능가했습니다. .
Schumer는 지난 10 년간의 작업에 흥분한 종들 사이의 매우 일반적인 혼성화가 얼마나 흔한 지, 그리고 혼성화의 징후가“오랜 시간 규모에 비해 게놈에서 일종의 지속성”을 보여 주었다. 그러나 그녀는 우리가 종종에서 혼성화의 역할을 이해하는 초기 단계에 있다고 경고합니다. "종종 이벤트에서 정말로 중요한 일이 있었습니까, 아니면이 종의 진화 역사에서 일어난 일입니까?"
그녀의 견해는 다양한 담수 물고기 그룹 인 Swordtails에 대한 작품으로 형성됩니다. 그들의 게놈은 만연한 혼성화를 보여 주지만, Schumer는 그 혼성화의 효과가 이전 예의 효과와 다르다고 말합니다. 검 테일의 경우, 혼성화의 결과는 일반적으로 나쁘다.
Schumer는 조합 종 분화가 Marques와 동료들이 요약 한 적응 적 방사선에서 얼마나 많은 일을 포착한다는 데 동의합니다. 그러나 그녀는 이러한 매력적인 사례를 현상이 널리 퍼져 있다는 증거로 간주하지 않는다. 야생의 종들 사이의 혼성화 빈도는 여전히 불확실하고 잘 이해되지 않습니다. 그녀는“우리는 이것이 우리가 그것을 처리 할 때까지 이것이 유용한 프레임 워크인지에 대한 질문에 대한 답을 실제로 모른다”고 말했다. "그러나 이러한 지속적인 토론이 우리의 기본 이론으로 되돌아 가고 새로운 증거를 견뎌 낼 수 있다고 묻는 것이 정말 유용하고 중요합니다."
.Schumer는 혼성화가 종에 미치는 영향을 이해하는 데 많은 노력이 필요하다고 말했다. 과학자들은 혼성화로부터 유래 된 게놈의 영역을 식별하는 데 능숙 해졌다. "그러나 그것은 무엇을하고 있는지, 그것은 유기체에 어떤 영향을 미치고 있습니까?" 그녀는 여전히 덜 명확하다고 말합니다.
Cichlids의 경우 LWS Opsin과 같은 일부 지역이 의심 할 여지없이 방사선에 연료를 공급하는 데 도움이되었습니다. 그러나 그러한 예는 규칙이 아니라 예외 일 수 있습니다. Schumer는 Cichlids만큼이나 많은 다른 계보가 혼합되었지만 그 후에 방출되지는 않았다고 말합니다.
"혼성화는 정말로 일반적이며, 많은 시간은 중립적이거나 유해한 유전자 흐름 일 수 있습니다."라고 그녀는 말했습니다. 그러나 우리가 그것이 얼마나 도움이되는지 알았더라도 유전 적 비 호환성의 점진적인 축적과 비교하여 종 분화의 중요성을 정확히 지적 할 수는 없습니다. 그리고 종들 사이의 일부 교차는 생존적이고 비옥 한 하이브리드를 산출하지만 밀접하게 관련된 종조차도 때때로 호환되지 않는 것으로 판명됩니다. 그녀는“하이브리드의 유전학과 그들의 환경 사이의 상호 작용은 물론 하이브리드에 영향을 미치는 유전 적 상호 작용에 대해 이해하지 못하는 것이 많이있다”고 말했다.
진화론 적 생물 학자들은 웅장하고 통일 된 이론이 데이터에서 스스로를 제안하는 것처럼 보일 때 만족할 수 있습니다. 그러나 생물학은 지저분합니다. Schumer는“이러한 프로세스는 시스템에 따라 다를 수 있습니다.
Timothy Alexander, Oliver Selz 및 Ole Seehausen의 시클리드 스팟 사진
