海が温暖化し、構造物の白化が進むにつれて、目に見える悲劇がサンゴ礁を襲っている。しかし、生き残ったサンゴの中で、進化の物語が遺伝子レベルで展開され、適応を垣間見ることができます。
フランス領ポリネシアの火山島モーレア島は、2019 年に壊滅的な海洋熱波に直面しました。この現象は、目に見えない火災に例えられ、地元の特定のサンゴ個体群の最大 80% が減少しました。
ターコイズブルーの海を見つめる人々にとって、活気に満ちた生態系は荒涼とした水中墓地に変わっていた。
しかし、破壊の背後には、サンゴ礁がすでにその未来を形作っていたことを示す注目すべき証拠があり、これは進化が急速かつ継続的に起こっていることの一例である。
テキサスA&M大学芸術科学部が主導し、カリフォルニア大学、テキサス工科大学、ボストン大学、アリゾナ州立大学、オーバーン大学の協力を得て、複数の機関の研究者チームが数百ものサンゴのゲノムを収集し、配列を決定した。この研究は、2019 年の衝撃的な熱波の前、最中、そして数年後に行われ、自然界の加速進化の最も明確な記録の 1 つが明らかになりました。
モーレア島では、2019 年の熱波の前、最中、後のさまざまな段階で、349 のサンゴのコロニーのゲノムが比較されました。これにより、高温耐性変異体がサンゴ礁の次世代の形成にどのように寄与するかを示す遺伝的景観を構築することができました。
ジャーナル*Eevolutionary Applications*に掲載された研究結果は、耐熱性に関連する遺伝的変異を持つサンゴは、過剰な熱によって引き起こされる海洋侵食のエピソードの後でも生き残り、繁殖する可能性が高いことを示しました。
最も驚くべき発見は、これらの有益な耐熱性の遺伝的変異体の一部が次世代の子孫に伝達され、継続的な生命のための明確な遺伝的青写真を確立したことです。
テキサスA&M生物学部の主任研究者で海洋分子生態学者のマリー・ストレーダー博士は、サンゴの死亡は「話の終わりではないかもしれない」と述べた。彼女はさらに、「遺伝的に言えば、特定の集団にとっては、それは新たな物語の始まりとなる可能性がある」と付け加えた。
サンゴ礁は地球温暖化にどのように適応しているのか
大量死亡事故は強力な遺伝フィルターとして機能します。激しく長期にわたる熱波に耐えられないサンゴは滅びる傾向にありますが、生き残ったサンゴはサンゴ礁の未来を築く責任を負うことになります。
マリー・ストレーダー氏は、サンゴ礁は単なる水中の風景以上のものを表現しているため、この進化的変化は極めて重要であると説明した。
サンゴ礁は海底の 1% 未満を占めていますが、すべての海洋生物の 4 分の 1 以上が生息しており、数千の種に生息地を提供し、沿岸地域を強い波や嵐から守っています。
「それらを海の熱帯雨林のようなものだと考えてください」とストレーダー氏は例示した。サンゴ礁は生物多様性を刺激し、経済や観光を支え、多様な食料源でもあると彼女は付け加えた。 「自然災害の後、影響を受けるのは地元のサンゴ個体群だけではなく、実際には生態系全体です」と研究者は付け加えた。
どのサンゴが生き残るのか、そしてさらに重要なことに、それらのサンゴが生き残る理由を理解することは、海洋科学における最も差し迫った問題の 1 つとなっています。研究者らは、熱波による惨状を記録することに加えて、生存者がサンゴ礁のDNAに永続的な遺産を残したかどうかも調査した。
答えは決定的でした。「はい」です。
ストレーダー氏は、「大量死亡事件は明らかに生態学的要因であるが、私たちが証明しているのは、それらが選択的な要因としても作用するということだ」と述べた。
言い換えれば、モオレア島のサンゴ礁の多くを破壊した同じ熱波は、どのサンゴが将来を築くのかを決定するのにも役立ち、生存に関わる高温耐性の遺伝子変異を子孫に直接受け継がせたのだ。
それでもストレーダー氏は、進化は必ずしも海水温の上昇に対する救済策ではないため、今回の研究結果をサンゴの長期生存を保証するものとして解釈すべきではないと警告する。
「サンゴの回復と保全について考えると、多くの意味がある」とストレーダー氏は語った。彼女は、この種の大量死亡事故がより頻繁になっていると指摘した。したがって、サンゴの遺伝的影響を研究することが、将来のサンゴ個体群の成長とその保全にどのように役立つかを検討することになります。
進化はサンゴに生き残るチャンスを与えているのかもしれない。しかし、海水温の上昇がこのチャンスを活かすのに十分な時間を稼げるかどうかは別の問題だ。
サンゴの耐熱性のゲノムタイムライン
自然の生息地におけるサンゴの進化を記録するために、科学者たちはモーレア島の 349 個のサンゴコロニーのゲノム年表を作成しました。
「この研究プロジェクトを非常にユニークなものにしている側面の 1 つは、さまざまな生息地でサンゴを空間的に、そして時間的に、つまり複数の時点で分析したことです」とストレーダー氏は説明しました。
熱波前のサンゴ、熱波を生き延びた成体、数年後に生まれた幼体のゲノムを比較することで、研究チームはサンゴの世代にわたる遺伝的変異の変化を特定することができた。
モオレア島の幽霊のような白いサンゴは、危機に瀕したサンゴ礁の物語と、隠された生存の物語を物語ります。テキサスA&M大学が主導した新たな研究は、2019年の致命的な熱波を生き延びた成体が、耐熱性で生存に関連する遺伝的変異を次世代に受け継いだことを明らかにし、自然界における急速な進化の最も明確な記録の1つを提供する。
文理学部ストレーダー研究所の博士研究員ジェームズ・ファイファー博士が主導したゲノム分析では、生存者は適応形質を有しており、耐熱性遺伝子の一部を子孫に受け継いでいることが示された。
簡単に言うと、次世代のサンゴは致命的な熱波に耐えることができる遺伝的優位性を持って生まれました。
「これはサンゴの生存と持続性についての理解における重要な前進だ」とストレーダー氏は述べ、暑さ耐性に関するゲノム変異が受け継がれ、海洋温暖化において潜在的な利点を持った次世代が誕生していると指摘した。
漂白と遺伝学が海洋生物について明らかにすること
健康なサンゴの鮮やかな色は、組織内に生息する数十億の微細な藻類のおかげです。これらの藻類は太陽光をエネルギーに変換し、サンゴが成長、発達、生存するために使用する栄養の最大 90% を提供します。その代わりに、サンゴは藻類を保護し、必須栄養素を提供します。
しかし、長引く熱波によってこの関係が限界に達すると、パートナーシップが崩れ始め、憂慮すべき変化が起こります。
「藻類が脱落するのか、サンゴが藻類を追い出すのか、それともサンゴがそれを食べるのか、最初に何が起こるのかは明らかではない」とストレーダー氏は説明した。彼女は、測定可能な影響として、共生生物の個体数が急速に減少し、残るのは透明な白いサンゴ組織であると詳しく説明しました。
この現象はサンゴの白化として知られています。一部のサンゴは、海水温が急速に低下すると回復することがあります。しかし、熱波が数日、数週間、数か月続くと、エネルギー貯蔵量が減少します。
「サンゴの組織と構造はまだ生きていますが、彼らは飢えており、共生生物がいません」とストレーダー氏は説明した。
エネルギーとパートナーの藻類がなければ、サンゴはゆっくりと衰弱し、最終的には死んでしまいます。これが複数のサンゴ礁に広がると、大量死が発生します。
ストレーダー氏は、「海洋熱波がこれほど破壊的なのはこのためだ」と述べ、サンゴには、生息する水温に直接依存して自らの温度を調節する内部機構が備わっていないと説明した。
本質的に、漂白は観察できる悲劇です。進化は隠された結果です。
サンゴの適応には「奇跡の遺伝子」が存在しない
この結果は、サンゴの耐熱性が単一の遺伝的変異によって決定されるものではないことも確認しました。むしろ、これは高度に多遺伝子性のプロセスであり、サンゴの生存を決定する多くの遺伝的変異の影響から生じることを意味します。
「生き残るための単一の『奇跡』遺伝子など存在しない」とストレーダー氏は言う。彼女は、これは多くの遺伝的変異が関与し、それぞれが寄与し、連携するプロセスであると付け加えた。
この発見は、科学者が進化そのものを理解する方法を再定義します。モーレア島では、研究者らが次世代に現れる遺伝的変化を記録したが、これは自然界でリアルタイムかつ迅速に起こっている適応の稀な兆候である。
「次世代で耐熱性に関連する遺伝的特徴が出現するのを見るのは刺激的でした」とストレーダー氏は語った。加速する気候変動の文脈において、生態学的プロセスと進化的プロセスが同じスケールでどのように発生するかを考えることは、生命が常に適応する方法を見つけていることを思い出させると彼女は指摘します。
地球全体で、海洋生態系は新たな圧力、新たな課題、新たな状況に直面しています。モオレア島は広大な海の中の小さな点にすぎませんが、当時はサンゴ礁の物語が終わったかのように見えました。
実際には、物語はまだ終わっていませんでした。漂白されたサンゴ礁の残骸の下では、進化はすでに生命そのものの隠された言語で次の章を書き始めており、生存の遺産を次の世代に伝えていた。
