河川の再編がアマゾンの超生物多様性を強化

アマゾン川上空を飛ぶ旅客機の窓から見える景色は息を呑むほど美しい。「数マイルにわたって川と川に浮かぶ島々が広がっています」と、ドレクセル大学自然科学アカデミーの博士研究員、ルーカス・マッシャー氏は語る。

眼下を流れる巨大な川は、樹木のような密集したネットワークへと枝分かれし、数十万年をかけて絶えず自らの配置を変え、新たな道筋を描き、古い道を消し去ってきた。川は森を幾重にも分割し、それぞれが一つの世界を形成している。無数の生き物たちは、絶えず変化する境界の中で、揺れ動き、這い、飛び回る。

マッシャー氏と共著者らは、科学誌「サイエンス・アドバンシズ」に掲載された新たな研究で、河川の絶え間ない再配置が、アマゾンの密林を彩る美しい鳥類の生物多様性を高めていると報告している。「種のポンプ」として機能するダイナミックな河川は、アマゾンの森林を地球上で最も生物多様性に富んだ場所の一つに形作る上で、これまで考えられていた以上に大きな役割を果たしている可能性がある。森林の低地は地球の陸地面積のわずか0.5%を占めるに過ぎないが、そこには既知の種の約10%が生息しており、そして間違いなく多くの未知の種も生息している。

河川の変動が鳥類の種分化に影響を与えるという考えは1960年代に遡るが、ほとんどの研究者は、この現象が鳥類や哺乳類の多様化の大きな要因であることを軽視してきた。「長い間、私たちは河川をある種静的なものだと考えていました」と、シカゴのフィールド自然史博物館の学芸員で、今回の研究には関わっていないジョン・ベイツ氏は述べた。

しかし最近、生物学者たちは地質学者たちのますます大きな声で囁かれる声に注目し始めました。「生物学者にとって最も考えさせられたことの一つは、地質学者が川をいかにダイナミックなものと考え始めたかに気づいたことです」とベイツ氏は述べました。この論文が生物学データと地質学の考えを巧みに織り交ぜている点は非常に巧妙だと彼は述べました。

地理的変化と生物多様性の関係は「進化生物学において最も論争の多いテーマの一つ」だと、博士論文の一環としてこの研究を行ったマッシャー氏は述べた。地球の歴史は生物多様性のパターンにほとんど影響を与えていないと主張する研究者もいる一方で、両者の間には「極めて緊密で、基本的に直線的な」関係があると主張する研究者もいるとマッシャー氏は述べた。

時間を超えた動き

河川の再配置がアマゾンの鳥類にどのような影響を与えているのかを理解するため、マッシャー氏とアメリカ自然史博物館およびルイジアナ州立大学の協力者は2018年6月にブラジルの中心部を流れる河川への探検調査を行った。

研究チームは、アリプアナ川とルーズベルト川という2つの川の両岸の複数の地点から鳥類の標本を収集した。ルーズベルト川は、1914年に地図作成チームの一員としてこの川を旅したテディ・ルーズベルトにちなんで名付けられた。また、他の研究機関がアマゾンの他の川の近くで以前に収集した標本も借り受けた。

研究チームは、飛行能力の低い鳥類6グループに焦点を当てました。（「川が鳥類にどのような影響を与えるかを知りたいなら、川が影響を与える鳥類を選ぶ必要があります」とマッシャー氏は言います。）これらの鳥類には、アオエリジャカマル（Galbula cyanicollis）やクロホシハジロ（Phlegopsis nigromaculata）などがあり、アマゾン川南部の低地の森林の樹冠の下でほとんどの時間を過ごします。そこでは、アリの群れを追いかけ、アリが蹴り上げた昆虫を食べます。

研究者たちは、鳥類の遺伝子を配列決定し、それらがどのように時を経て分岐してきたかを比較しました。そして、それらのゲノム変化を、鳥類が生息していた近くの河川の変化に関する地質学文献のデータと相関させました。そして、種が獲得した変異の数を用いて、それらが互いに分岐した時期を推定するモデルを用いて、これらの発見を裏付けました。

予想通り、研究者たちは河川がこれらの鳥類にとって障壁となっていることを発見した。河川が分岐すると、個体群は互いに分断された。比較的小さな河川であっても、個体群を隔離し、ゲノムの分岐を促進する可能性がある。

しかし研究チームは、河川が静的な障壁ではなく、動的な障壁であることも発見した。分岐した河川は最終的に再び合流することが多く、分断された個体群が再び混ざり合うことを可能にする。時には、分岐した個体群があまりにも異なっていて交配できず、別種のままとなることもあった。しかし多くの場合、こうした再会は、それぞれの個体群が獲得した新しい遺伝子を交換する機会となった。

この「遺伝子流動」は、プロセスが繰り返されるたびにゲノム上の遺伝子の新たな組み合わせを生み出し、「長い時間をかけて多くの新しい鳥類の誕生に貢献してきた可能性が高い」とマッシャー氏は述べた。様々な種の多様化のパターンは、河川の変化の仕方と時間スケールによって異なっていた。

地質学的要因により、アマゾン川西部では東部よりも鳥類種間の遺伝子流動がより活発であることが分かりました。地形が平坦なアマゾン川西部では、河川が岸を侵食して流れを変える可能性が高く、河川の蛇行が激しいのに対し、地形が非常に起伏に富んだ東部では、河川は岩盤を削り取るため、より安定し、風も少ない傾向があります。

研究者たちは数理モデルを用いて、ゲノム分岐の予測因子として、環境条件や種間の距離よりも、現代の河川の存在が重要であることを発見した。「分岐は河川によるものであるため、河川の変化は遺伝子流動のような接触が起こる上で重要に違いない」と研究者たちは推論したとマッシャー氏は述べた。彼らが考慮しなかった他の要因も影響している可能性は高いが、「地球のダイナミクスと生物多様性は、時には分かちがたいほど密接に結びついている」ことは明らかである。

広大な地平線

鳥の飛翔が川によって制限されると考えるのは直感に反するかもしれませんが、多くの鳥が川を越えられないことはよく知られています。アマゾン川の比較的小さな川でさえ、その大きさは「鳥の視点から見ると、まるで地平線を見ているようなものです」と、ルイジアナ州立大学の保全生物学教授で今回の研究には参加していないフィリップ・スタウファー氏は述べています。「長距離移動をあまり好まない鳥にとって、それはまさに不可能な障壁なのです。」

さらに、暗い林床に適応した多くの鳥は、日光が当たる隙間を渡ることを好まないため、生息地である森林を離れる強い動機がないのかもしれません。彼らと共存する他の種も同様です。アマゾン川の河川再編は、魚類などの水生生物の多様化に非常に重要であることは既に知られており、研究者たちは、霊長類やチョウなどの他の種にも同様のパターンが当てはまる可能性が高いと考えています。

鳥類はおそらく最も網羅的に調査されている生物群でしょう。しかしそれでも、「私たちはまだ生物多様性の基本的なパターンを学んでいるところです」とマッシャー氏は言います。つまり、アマゾンのダイナミックな地質とそこに生息する種との関係を理解するには、まだ長い道のりが残っているということです。

同様の地質学的プロセス（河川の再配置など）が、地球上の他の場所でも生物多様性を促進している可能性が高いと、著者らは述べている。しかし、アマゾンで起こっていることと全く同じではないかもしれない。「地球上には他に類を見ない」とマッシャー氏は述べた。

オリジナルストーリーは、数学、物理科学、生命科学の研究の進展や動向を取り上げることで科学に対する一般の理解を深めることを使命とする、 シモンズ財団の編集上独立した出版物であるQuanta Magazineから許可を得て転載されました。