[Published: June 3, 2022 6.18am AEST]
[Authors: Michael Kearney, Ary Hoffmann]
マイケル・カーニー 博士
メルボルン大学 生物科学部 教授, 生理学的生態学者
アリ・ホフマン 博士
メルボルン大学 バイオサイエンス学部およびBio21研究所 教授
地球上のほとんどの動物には、オスとメスの2つの性があり、生殖時に遺伝子を組み合わせて混合します。私たちはこの状況に非常に慣れているので、性別を持たず、代わりにクローンによって繁殖するすべてが雌の種の存在は、大きな驚きです。
美しい緑のバッタ Warramaba virgo は、これらの珍しい「単為生殖 (Parthenogenetic)」種の1つであり、卵子は精子によって受精することなく胚に成長することができます。オーストラリアの乾燥地帯の南部に生息し、夏の間はマルガの木やその他の低木や茂みを食べます。
バッタ Warramabavirgo は無性生殖します。 マイケル・カーニー、著者提供
私たちは過去18年間、これらのバッタを研究して、彼らが無性生殖をどのように発達させたか、そしてその変化が彼らの生存と繁殖の能力にどのように影響したかを研究しました。
「Science」誌に発表された私たちの新しい研究によると、W. virgoは約25万年前に、有性生殖を行う2種類のバッタの交配から生じたものであり、性交を放棄しても悪影響はまったくなかったようです。
単為生殖のパズル
進化論を研究している生物学者は、W. virgoのような単為生殖種の希少性を主要なパズルと見なすことがよくあります。
これは、性別が動物の繁殖に大きなコストをかけるためです。まず、「性の2倍のコスト」があります。つまり、生き物の子孫の半分（オス）は自分の子孫を一人で産むことができないため、「進化的浪費」と見なされることがよくあります。
さらに、交配相手を見つけるにはエネルギーが必要であり、交配する動物はしばしば捕食者による攻撃のリスクが高くなります。男性を排除することはこれらの欠点も取り除きます。
Warramaba virgoはマルガの木を食べます（その多くは無性生殖もします）。 マイケル・カーニー、著者提供
では、一体なぜ性別が存在するのでしょうか？生物学者が考える主な理由は、性別の結果としての遺伝子の混合または「組換え」に関係していると考えています。これは、遺伝子の好ましい組み合わせをまとめることによって適応の速度を速めることができ、悪い突然変異の組み合わせの集団を一掃するのにも役立ちます。
単為生殖種にはこれらのプロセスはありません。代わりに、種のすべてのメンバーが実質的に同一の遺伝子を持っています。これは、環境が変化したときに適応できなくなる可能性があることを意味します。さらに、単為生殖種は、体力を低下させる悪い突然変異を蓄積する可能性があります。
しかし、これらの負担は本当でしょうか？それらは、たまたま形成された単為生殖種の急速な絶滅をもたらすでしょうか？
W.virgo の秘密は何でしょうか？
過去18年間、私たちは W.virgo でこれらの疑問を調査してきました。
このバッタは、1962年に著名な進化生物学者で遺伝学者のマイケルホワイト (Michael White)によって最初に研究されました。ホワイトの幼い息子ニコラスは、ニューサウスウェールズの町ヒルストンの近くで最初にそれらを発見しました。彼は特定の種のメスしか見つけられなかったと述べました。
その後、ホワイトは、同じ種が西オーストラリアに2,000 km離れた場所に、性的な種（最近W. whiteiと名付けられた）とともに存在することを示しました。
W. virgoは、ハイブリッド起源であることが判明しました。過去数千年も前の、W.whiteiと別の種であるW.flavolineataとの交配です。
単為生殖種は、その遺伝的多様性が2つの親種間の繰り返しの交配によって後押しされ、異なるクローンの軍隊を生み出す場合に利点があるかもしれません。 2つの種のゲノムを組み合わせると、単為生殖がより活発になる可能性もあります。
このような「雑種強勢」は、ラバ（馬とロバの交配種）などの一部の動物で発生します。ラバはその親種よりもはるかに優れた強度と耐久性を持っています。
W. virgoのハイブリッド起源は、その性的な親戚と比較して特別な能力を備えた多様なクローン軍を生み出したのでしょうか、それとも高レベルの活力を備えたハイブリッドを生み出したのでしょうか？
性交をあきらめることにはほとんどメリットはありませんが、デメリットもありません
これらの質問に対する答えは、はっきりとした「いいえ」でした。
W. virgoで1,500以上の遺伝子マーカーを調べたところ、親種と比較して単為生殖種にほとんど変化が見られませんでした。
これは、W. whiteiとW. flavolineataの間の1つのハイブリッド交配のみが最初にW.virgoの生産に関与したことを明確に示しました。 W. virgoで発生した突然変異の数と性質に基づいて、交配は約25万年前に発生したと推定されます。
また、単為生殖は、熱と寒さへの耐性、代謝率、産卵数、卵のサイズ、成熟にかかる時間、方法、どれくらい長生きするかなど、さまざまな生理学的特性において親種に勝る利点がないことも示しました。
一方、W. virgoは、性種の2倍の雌の子孫を自然に産みました。適応度の低い突然変異がこの種に蓄積するのには25万年かかりましたが、性種に比べて2倍の利点がありました。
私たちの研究からの結論は、W. virgoが単為生殖になっているが、負担がかからないということです。また、親種とは異なり、国の西側から東側にまで広がることに成功しています。
より多くの種が性交を放棄しないのはなぜでしょうか？
では、なぜ、2倍の繁殖コストにもかかわらず、どこにでも性的な種が見られるのでしょうか。そもそも単為生殖を発達させることは非常に難しいに違いないと私たちは考えています。
確かに、私たちはW. virgoを生み出したのと同じ性種を実験的に交配しようとしましたが、いくつかの雑種を作成しただけで、どれも子孫を生み出すことができませんでした。ハイブリッド状態は、卵の発育の通常のプロセスを十分に妨害して、単為生殖を動物では非常にまれな現象にする可能性があります。
有性生殖のパラドックスに関する将来の研究は、性交の利点だけに焦点を当てるのではなく、性交が失われるのを防ぐ障壁に焦点を当てるべきだと私たちは考えています。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳はarchive4ones(Koichi Ikenoue)の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
