약 10,000 년 전, 밝은 색의 석영은 현대 네브래스카가 될 수있는 곳에 퇴적하기 시작하여 결국 5 만 평방 킬로미터가 넘는 면적을 덮는 모래 언덕을 형성했습니다. 네브래스카 샌드 힐스 지역은 독특한 초원 생태 지역으로 지정되어 있으며 카리스마들과 대명사를 포함한 다양한 식물과 동물의 본거지입니다. 이 비교적 최근의 지질 학적 특징은 또한 가장 작은 거주자 중 하나 인 사슴 마우스 ( peromyscus maniculatus 의 자연 진화 실험실 역할을 해왔습니다. ).
사슴 마우스의 코트 색상은 어두운 회색에서 가벼운 황갈색마다 크게 다릅니다. 흥미롭게도, 어두운 마우스는 주변 어두운 회색 토양에서 일반적으로 발견되는 반면, 지질 학적으로 최근의 밝은 색의 모래 언덕 서식지에 사는 생쥐는 일반적으로 더 가벼워서 모래 언덕 마우스의 가벼운 코트 색상이 최근에 진화했음을 시사합니다. 이 색상 변화의 진화는 주로 시력으로 사냥하는 올빼미와 매와 같은 조류 포식자에 대한 서식지와 조화를 이루는 코트 색상의 자연 선택에 의해 주도된다는 가설이 있습니다. 그러나 사슴 생쥐의 코트 색상이 어떻게 진화했는지 이해하려면, 우리는 유리한 코트 색상을 한 세대에서 다음 세대로 전달할 수있는 유전 정보를 제공하는 유전자 수준으로 더 깊이 파어야합니다. 생물학에서 오랜 도전은 유전자 내의 돌연변이를 자연 선택의 대상이되는 특성의 변화에 연결하는 것이 었습니다.
이 연구에서는 현장 및 실험실 실험의 조합을 사용 하여이 연결을합니다. 우리는 먼저 사슴 마우스의 야생 인구를 가진 대규모 현장 실험을 수행하여 코트 색상의 자연 선택을 직접 추정했습니다. 우리는 14,000kg의 강철, 일부 중장기 및 많은 수동 노동, 혈액, 땀 및 눈물을 사용하여 모래 언덕과 토양에 여러 개의 큰 인클로저를 만들었습니다. 새벽 몇 주 전에 마우스 트랩을 설정하기 위해 몇 주가 올라간 후, 우리는 수백 개의 야생 생쥐를 잡을 수있었습니다. 그런 다음 각 인클로저를 ~ 100 개별 라디오 태그 마우스로 채우고 모래 언덕에서 잡힌 마우스를 채우고 위의 새들의 먹이에 의해 어떤 공격이 살아남을지 기다렸습니다.
.3 개월 후, 우리는 원래 마우스와 생존자 사이의 코트 색상과 유전 적 차이를 비교했습니다. 우리는 먼저 인클로저 서식지에 코트 색상이 일치하는 마우스가 살아남을 가능성이 높다는 것을 발견했습니다. 평균적으로, 어두운 토양에서 생존 한 마우스는 창립 된 개체보다 어두운 코트 색상을 가졌으며, 가벼운 모래에서 생존하는 마우스는 더 가벼운 코트 색상을 가졌다. 또한, 우리는 유전자 agouti 에서 돌연변이의 빈도가 큰 변화를 발견했다. 이전 연구에서 많은 척추 동물에서 안료 세포의 생산에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.
이러한 돌연변이가 본질적으로 중요하다는 것을 보여주는 것이 한 가지 일이지만, 우리는 또한 마우스에서 코트 색상에 직접 영향을 미쳤다는 것을 보여주고 싶었으므로 필드 부츠를 벗고 흰색 실험실 코트를 입었습니다. 실험실에서, 우리는 이러한 돌연변이 중 하나 인 단일 아미노산 결실에 중점을 두었습니다. 실험실 마우스로 유전자를 공학함으로써, 우리는 삭제를 운반하는 마우스가 머리카락의 황색 갈색 안료 (페오멜라닌)로 인해 가벼운 코트 색상을 가졌다는 것을 발견했습니다. 생화학 적 시험은 결실이 안료 생성 세포의 막에서 Agouti 단백질과 특이 적 수용체 (유도) 사이의 상호 작용을 감소시킴으로써 적은 안료를 유발한다는 것을 확인했다. 마지막으로, 우리는 네브래스카의 실험 인클로저에서 야생 사슴 마우스로 돌아와서이 결실이 실제로 예상대로 어두운 인클로저에서 감소했음을 보여주었습니다.
.이들 실험을 통해, 우리는 단일 유전자 내에서 단일 돌연변이 (아미노산 결실)가 어떻게 ( agouti )는 생태 학적 압력 (조류 포식)으로 인한 자연 선택 (생존에 영향을 미치는 특성)을 변경합니다. 광 및 어두운 마우스의 차등 생존은 유전자 수준에서 물을 공급하여 특정 돌연변이가 시간이 지남에 따라 다소 일반화되도록합니다. 유전자, 특성 및 생존 사이의 이러한 인과 관계를 입증하면 실험실에서 미생물 외부에서 거의 관찰되지 않은 진화의 완전한 그림을 제공합니다.
이러한 흥미 진진한 결과는 특정 조건 하에서 특정 특성에 대해 야생에서 진화를 예측할 수 있다는 증거를 제공합니다. 다른 종의 다른 특성에 대해이 예측 가능성이 사실인지 여부는 유전학을 생존과 특성과 연결하는 더 많은 실험이 필요합니다. 이러한 연구는 진화가 비교적 빨리 일어날 수 있고, 인간이 이러한 변화의 원인이 점점 더 많이 발생하고 진화가 중요한 생태 학적, 의학적, 경제적 결과를 가질 수 있다는 것을 깨닫기 시작하면서 더욱 중요 해지고 있습니다.
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