ネズミの出来事: ゾコルネズミ一族の分裂の壮大な歴史

制作 |科学普及中国

著者: 趙旭茂 (蘭州大学若手研究者)、雷可新 (重慶大学ジャーナリズム学院)

プロデューサー |中国科学博覧会

「世界の一般的な傾向としては、長い分裂の期間の後には統一があり、長い統一の期間の後には分裂がある」ということわざがあります。生物分類学では、長期間の分離が必ずしも再会につながるわけではありませんが、長期間の再会は確実に分離につながります。中国の哺乳類の中で、げっ歯類は「大きな部族」と言える。彼らは山、川、森林、野原、湖、草原、砂漠を歩き回り、その足跡は中国の生態環境のほとんどを覆っています。げっ歯類の中でも、モグラネズミ科は比較的謎に包まれています。彼らは長い間地中に潜んで暮らしており、動物格闘技界における「トゥームレイダー」に匹敵する存在です。

ゾコル丨青海省の李克新撮影

ゾコール亜科はさらに、凸頭蓋ゾコール属と平頭蓋ゾコール属に分けられます。そのうち、凸頭ゾウコル属には、中国ゾウコル、甘粛ゾウコル、ロスチャイルドゾウコル、秦嶺ゾウコル、高原ゾウコル、スミスチャイルドゾウコルなど中国固有種の6種が我が国にのみ分布しています。私の国には、平頭ゾコル属には北東ゾコルとステップゾコルの 2 種が分布しています。これらのネズミには多くの派閥と複雑な種があり、かつては分類学者を困惑させていました。それらの間の関係はどのようなもので、どのように進化したのでしょうか。

2022年5月6日、蘭州大学が主導し、中国科学院西北高原生物学研究所、イスラエルのハイファ大学と共同で行った研究成果「ゾコールの系統発生と種分化に関するゲノム的知見」が、国際的に著名な学術誌PNAS（米国科学アカデミー紀要）にオンライン掲載され、世界のげっ歯類におけるゾコールの「分裂」問題がついに解決された。

論文のスクリーンショット。この論文は、蘭州大学生態学院修士課程の劉曦、張尚哲、中国科学院西北高原生物学研究所准研究員の蔡振元、同生態学院修士課程の匡卓然が共同執筆した。この論文の責任著者は李克新教授です。この研究は、中国国家自然科学基金、第14次5カ年計画重点研究開発プログラム、甘粛省基礎研究イノベーショングループなどの基金によって支援された。

私たち人間は、家系図を調べることで世代間の関係を知ることができますが、文字が出現した時代とその保存の制限により、あまり遠くまで歴史を遡ることはできません。文明を持たず、非常に長い進化の歴史を持つ動物であるネズミの「家系図」や起源をどうすれば知ることができるのでしょうか?

科学者がこのような問題を研究する場合、分子生物学の手法を使って生物の系統樹（進化樹）を構築することがよくあります。系統樹は種内の遺伝子変異率に基づいています。すべての種は絶えず遺伝子変異を起こしており、その変異率はほぼ同じです。ある進化の分岐に蓄積された突然変異の数は、進化した時間に比例します。これは、以前やったことがある物理学の問題に似ています。車の速度と移動距離がわかっていて、移動した時間を調べる必要があります。このようにして、それぞれの種が進化した時期を計算し、系統樹を構築することができます。この技術により、数百万年、あるいは数億年にわたる生物の進化を追跡することができます。

系統樹を構築する方法はたくさんあります。上記の研究では、全ゲノム配列解析（種のゲノムは、整然と並んだ一連のACGT文字としてデジタル的に表現されます。これらの文字の順序に基づいて、種の起源や分化時期など、多くの生物学的情報を分析できます）を使用して、以前の研究よりも正確な、中国ゾコルの完全な染色体レベルのゲノムを構築しました。

ゲノム解析に基づいて、げっ歯類の科の進化の歴史を知ることができます。モグラネズミ科の最初の分類は、ゾコリナ亜科、タケネズミ亜科、モグラネズミ亜科であり、歴史的にはモグラネズミ科の「晋を分ける三科」として知られています。 2890万年前、モグラネズミ亜科がモグラネズミ科から分化を始め、さらに200万年後にはモグラネズミ亜科とタケネズミ亜科が分化を完了した。この時点で、3 つのサブファミリーは分化を完了しました。

竹ネズミ亜科、これは多くの南部の省で珍味です丨画像ソース: wikipedia-Roadnottaken

モグラ亜科は一年中地中に生息するため、ほとんどの生物の目は退化しています。画像出典: wikipedia-GalinaGouz

これらは異なるサブファミリーに分かれていますが、3 つの間のつながりは途切れていません。 3 つの亜科は、依然として交雑を通じて種間遺伝子移入を形成し、お互いの遺伝子の中に「あなたは私の中におり、私はあなたの中にいる」という現象を形成します。この相互の遺伝子交換こそが、後の世代の科学者たちに、和解不可能で混乱を招く分類のジレンマを引き起こしたのです。

選択された「材料」（データ）に応じて、系統樹には多くの種類があります。種の分化を恋人たちの別れに例えると、別れた後に彼らがもうお互いに連絡を取らなければ、異なる系統樹の結果は一致するでしょう。別れた後もまだ連絡を取り合っていると、矛盾した結果になるだろう。これは主に、中国のゾコルが系統樹の多くの枝に現れるため、その枝を正確に特定できないためです。これには 2 つの要因が考えられます。

まず、不完全系統分類 (ILS)。ゲノムには多くの断片があり、断片ごとに進化速度や保存性が異なります。これは家族が離散するようなものです。遺産分割の期間が比較的短いため、長男が相続する、末っ子が相続するといった分割の際の固定したルールはありません。したがって、子孫が祖先から受け継ぐ「遺伝子」は比較的ランダムです。

2 番目に、遺伝子移入は異なる枝の間での遺伝子の交換であり、交配によって引き起こされる遺伝子流動としてよく知られています。これは、上で述べた「別れ」の後に生じた長引くつながりに似ています。

それで、なぜこのようなことが起こるのでしょうか?

「古代から、ネズミはロマンチックであり、すべてのトラブルは彼らのロマンチックな性質によって引き起こされます。」チャイニーズ・ゾコールと他の関連種の間では継続的な交雑が起こり、種間の遺伝的つながりが生じます。具体的には、チャイニーズ・ゾーコール、スミス・ゾーコール、プラトー・ゾーコールの祖先の間、およびチャイニーズ・ゾーコール、チンリン・ゾーコール、ロスチャイルド・ゾーコールの祖先の間では遺伝子の交換が多く見られ、祖先同士が​​頻繁に結婚していたことを示しています。系統樹における不安定な位置。

その後の進化において、青海・チベット高原の隆起はゾコールの個体群分化に重要な役割を果たしました。

諺にあるように、英雄は時代によって作られ、英雄は時代を待つのです。ここでの「時代」や「風」とは、種の形成において、環境や地質構造の変化を指します。種がこのような環境の変化に適応する方法はただ一つ、遺伝子の突然変異を通じて新しい環境に変化し適応することです。

360 万年前、青海チベット高原の隆起により、ミクソマ科の 1 つの系統が平野から高原にかけて生息するようになり、もう 1 つの系統は低地で生息し続けました。高度による分離により、異なる集団はコミュニケーションをとり統合する機会を失い、生殖上の隔離が形成されます。青海チベット高原の隆起に伴って生じた支流は、徐々に高原での生活に適応していった。高原環境はゲノムレベルの変化をもたらし、322万年前、青海・チベット高原の隆起に伴って生じた凸型頭骨ゾコル類の系統が独立し、新しい種である高原ゾコル類となった。

プラトーゾコル |画像出典: wikipedia - Xiao Sa

78万年から50万年前、世界は新たな氷河期に入りました。北部は緯度が高いため気候が寒く、食糧不足が発生しました。より良い食料資源とより暖かい生活環境を得るために、高原ゾコル科の分派は秦淮河の南へ移動し始めました。南方への移動中に環境の変化により遺伝物質が再び変化し、スティーブンズゾコールは75万年前に誕生しました。

青海・チベット高原とともに出現しなかったゾコールの系統が、240万年前に中国ゾコールを形成した。

160万年前に黄土高原は大きな変化を遂げ、C4植物（炭素4植物、植物は光合成によって生成される有機物の種類によって主にC4植物とC3植物の2種類に分けられ、C4植物の方が光合成効率が高い）が拡大し始めました。 C4 植物はゾコールが生き残るために頼っている食物です。その結果、ゾコルの一部は食糧を得るために「故郷を離れる」という新たな行動を開始した。彼らは秦嶺山脈から黄土高原北部まで拡大し、146万年前に甘粛ゾコルに分化した。

偽鰭綱における種の形成過程。画像出典：参考文献[1]

135,000～194,000年前、秦嶺山脈は氷河に覆われ、一部のゾコールの個体群は秦淮河の南に移住しなければならず、そこで440,000年前にロスチャイルドゾコールに分化した。

系統樹は種間の「世代」を明確にすることができるため、有効な個体群サイズ（平易な言葉で言えば、種の下にある生殖個体の数であり、生殖に参加しない個体は数えることができません）から、歴史的期間における種のファミリーのサイズを知ることができます。個体群史研究では、氷河期が Pseudocranium 属の有効個体群サイズに重大な影響を及ぼし、高度が植生に影響を与えることでゾコールの有効個体群サイズの変動に影響を与えたことが示されています。

この時点で、ゾコール科全体の分化が完了しました。私たち人間にとっては、それは単なる数種の動物に過ぎませんが、ゾコールにとっては、変化する環境で生き残るために奮闘する中での家族の離散という壮大な物語なのです。

参考文献

[1]Liu X、Zhang S、Cai Z、他。中国におけるゾコルの系統発生と種分化に関するゲノム的知見[J]。米国科学アカデミー紀要、2022年、119(19):e2121819119。

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