混乱したマウスは、進化について私たちが考える方法を変える可能性がある

A brain in a supercomputer | Henry Markram (六月 2019).

Anonim

適応するか死ぬか。 これは厳しい環境に直面している動物種の現実です。 これまで、多くの科学者は、動物の環境がより挑戦的であるほど、適応する圧力が高くなり、その遺伝子がより速く進化することを前提としていました。 しかし、私たちは Royal Society Open Science で新しい研究を発表したばかりです。これは、適応する圧力が減少すると遺伝子が実際により速く進化するかもしれないことを示しています。

私たちは、動物がグループに入っているときに相互に作用する方法によって進化がどのように影響を受けるかについての簡単なコンピュータモデルを構築しました。 具体的には、私たちは暖かく保つために一緒に集まる動物に何が起こるかを見ました。

我々は、大きなグループで動物が集まるとき、摂動の温かさのために寒い環境に適応する圧力がより低いにもかかわらず、温度を調節する遺伝子がより早く進化することを見出した。 これは、生物の進化はその環境だけでなく、それがどのように行動するかにも依存することを示しています。

ラットやマウスのような動物が集団で一緒に集まるとき、彼らは自分たちのエネルギーと同じくらい多くのエネルギーを使うことなく高い体温を維持することができます。 私たちはこの種のグループ行動が種の進化にどのように影響するかを理解したかったのです。

これを行うために、我々は種の遺伝子がどのように変化し、複数の世代にわたって伝えられたかをシミュレートするコンピュータモデルを構築した。 ホッとすることの影響がコンピュータモデルに組み込まれたとき、熱の発生と熱損失を制御する遺伝子の進化を加速させることが、実際に適応するという圧力の低下が見出されました。

なぜこれは? さて、進化する圧力が少ないとき、遺伝子は自由に実験することができます。 2つの関連遺伝子(または遺伝子セット)が環境によく適応する場合、一方の遺伝子の突然変異は、他方の遺伝子が相補的な方法で同時に突然変異しない限り、その種に致命的な結果をもたらす可能性がある。

例えば、新生児の頭のサイズと女性の骨盤のサイズはお互いに依存します。 頭の大きさが大きくなると、骨盤のサイズも大きくなるはずです。 遺伝子の対が同時に変化しなければ、進化は止まらず、可能性のある遺伝子の組み合わせの空間を完全に探索することができず、環境へのより良い適応を発見することができない。

しかし、遺伝子の選択圧力が緩和されると、その遺伝子の突然変異の結果はその種にとって壊滅的ではない。 これにより、進化の過程で、最終的にはフィッタの生物につながる可能性のある遺伝子の新しい組み合わせを探索することが可能になります。 そして、盛り上がりは選択圧力がどのように緩和されるかの素晴らしい例です。

動物があまりにも多すぎるまたは少なすぎる熱を発生させる突然変異は、動物が調整するために多かれ少なかれ簡単に集めることができるので、許容することができる。 したがって、私たちのモデルによれば、集まりは、進化が可能な遺伝子の空間をより自由に探索して最高の組み合わせを見つけることを可能にします。

自己組織化

この結果は、2つの理由から特に興味深い。 第一に、動物の生涯内で起こる行動適応(例えば、はじき)が進化の過程を変える可能性があることを示している。 これは、私たちが持っている遺伝情報が本質的に生涯を通じて固定されていることを考えると、明らかではありません。

第二に、群れは動物群の自己組織化行動の一例であるため、この例は自己組織化が進化にどのようにより一般的に影響するかを探るのに理想的かもしれないことを示唆している。 自己組織化は、(コールドラットのグループのような)単純なエンティティの集まりが、何の指示もなくより複雑な(集まりのような)ものを作り出す方法を説明します。 自然選択と同様に、自己組織化は、雪片の形成から遺伝コードの体と脳への翻訳まで、自然界のあらゆるものを形作ります。

自己組織化の特定の側面は、合理的には十分に理解されていますが、自己組織化が自然選択とどのように相互作用するかは、それらのうちの1つではありません。 どのようにして体温調節が進化に影響を及ぼすかを理解することは、生物学における最も基本的な問題の1つ、自然界を形作るために自己組織化と自然選択がどのように相互作用するかを明らかにするのに役立つでしょうか?

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