一つの種がどのようにして二つに分かれるのでしょうか？ 生物学者にとって、これは奥深い問いです。一般的に、種分化のプロセスは、単一の集団が地理的に隔離されることで起こると考えられています。長期間、別々に存在すると交配能力を失います。しかし、2024年8月28日に学術誌「Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences」に発表された新しい研究は、より珍しい形の種分化が発生する際に何が起こるかを示しています。山脈や海などの物理的な障壁ではなく、種のメンバーが時間の中で分離されることがあるのです。オープンアクセスの論文「Day–Night Gene Expression Reveals Circadian Gene disco As a Candidate for Diel-Niche Evolution In Moths（昼夜遺伝子発現がガ成虫における日周ニッチ進化の候補として概日時計遺伝子discoを明らかに）」と題されています。
研究者らは、米国南東部で生息域が重なる2つの近縁なガの種に焦点を当てました。
「これらの2種は非常に似ています」と、研究を主導したヤシュ・ソンディ博士（Yash Sondhi, PhD）は述べました。博士はこの研究をフロリダ国際大学で研究を行い、その後フロリダ自然史博物館で研究を続けました。「彼らは飛行時間で区別されています。」
ドリョカンパ属に属するロージーメープルガは、ロアルド・ダールが幻覚から描いたかのような見た目をしています。頭と腹部の上にライオンのたてがみのような毛があり、イチゴとバナナのキャンディのような色鮮やかな鱗粉を持っています。この種はオス・メスともに夜間のみ飛行します。
一方、アニソタ属に属するピンクストライプオークワームガは、もっと控えめで、オーカー、アンバー、マールの微妙な色合いをしています。この種のメスは夕暮れから夜間にかけて活動し、オスは日中に飛行します。
ソンディ博士は、ドリョカンパ属とアニソタ属の2つのグループが約380万年前、比較的最近に単一の種から分化したことを以前の研究から知っていました。アニソタ属には昼行性の種が複数あり、夜行性のロージーメープルガはドリョカンパ属唯一の種です。
博士は昆虫の視覚の生物学を専門としており、活動パターンを変えた際に視覚がどのように進化するのかを探るため、このガのペアを完璧な研究対象と見なしていました。
しかし、物事は計画通りには進みませんでした。
「色覚の違いを探しに行きましたが、代わりに時計遺伝子の違いを見つけました。後から考えれば、それは理にかなっています」とソンディ博士は述べました。
時計遺伝子は植物や動物の概日リズムを制御します。生成されたタンパク質の変動によって、細胞が約24時間の間に活動的または休止状態になる原因となります。これにより、代謝や細胞成長から血圧や体温に至るまで、さまざまなものに影響を与えます。
活動パターンを逆転させるあらゆる生物において、時計遺伝子は関与することがほぼ確実です。「果実バエから哺乳類、植物まで、この時間管理メカニズムはすべてに存在しています」と博士は述べました。
ソンディ博士は2つのガのトランスクリプトームを比較しました。ゲノムが生物のDNA全体を含むのに対し、トランスクリプトームはタンパク質を生成するために積極的に使用されている遺伝物質のサブセットのみを含みます。これにより、一日の中でタンパク質レベルの違いを探るのに有用です。
予想通り、ソンディ博士は2つのガの種で異なる量で発現している複数の遺伝子を発見しました。夜行性のロージーメープルガは嗅覚により多くのエネルギーを注ぎ、日中に飛行するオークワームガは視覚に関連する遺伝子をより多く生成しました。
しかし、色覚を持つ能力を与える遺伝子には違いはありませんでした。これは必ずしも色覚が同一であることを意味するわけではありませんが、違いが存在する場合、それは遺伝子の構造そのものではなく、調整や感度のレベルである可能性が高いとされています。
また、目立った遺伝子も見つかりました。disco（ディスコ）という遺伝子は、両方の種で昼夜に異なるレベルで発現していました。果実バエでは、discoは脳から体へ時計酵素を伝達するニューロンの生成を通じて概日リズムに間接的に影響を与えることが知られています。
ソンディ博士がガのサンプルで見つけたdisco遺伝子は、果実バエのものの2倍の大きさで、DNA、RNA、およびタンパク質と直接相互作用する活性部分であるジンクフィンガーを追加で持っていました。この変化は、ロージーメープルガが夜飛行するようになったことに少なくとも部分的に関与している可能性が高いと考えられました。
ソンディ博士がロージーメープルガとオークワームのdisco遺伝子を比較したところ、両者を異なるものとする23の変異を見つけました。これらの変異は、遺伝子の活性部分にも位置しており、ガの観察可能な物理的な違いに寄与する可能性が高いとされています。ソンディ博士は、進化のプロセスを目の当たりにしていたのです。
「これが機能的に確認されれば、分子レベルでの種分化の仕組みを具体的に示す非常に貴重な例です」と博士は述べました。
この研究はまた、生物がどのように自己を維持し、繁殖していくのかをよりよく理解するための重要な一歩です。遺伝学が最初に学問として確立された際、研究者らは主に代表的な数種の生物（果実バエや実験用マウスなど）に焦点を当てていました。これは効率のために行われたことですが、広範な生物学的パターンについての理解を制限します。人間が実験用マウスと同じでないように、ガも果実バエと同じではありません。
「気候変動やその他の人為的な変化によって種が減少し続ける中、干ばつ耐性を持つようにするためなど、残った種をより多く遺伝的に改変する必要があります。そのためには、異なる生物にわたって機能的に特徴付けられた遺伝子のより広いプールが必要です。果実バエだけでは不十分です」とソンディ博士は述べました。
画像：夜飛ぶバラモミジ蛾
[News release] [Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences article]
