羽ばたきロコモーション　海鳥�J

以下本コラム作成の為の参考サイト：

https://ja.wikipedia.org/wiki/ウ科

https://en.wikipedia.org/wiki/Cormorant

https://en.wikipedia.org/wiki/Flightless_cormorant

https://ja.wikipedia.org/wiki/ガラパゴスコバネウ

https://ja.wikipedia.org/wiki/クイナ科

https://en.wikipedia.org/wiki/Rail_(bird)

https://ja.wikipedia.org/wiki/ヤンバルクイナ

https://en.wikipedia.org/wiki/Okinawa_rail

https://en.wikipedia.org/wiki/Red_junglefowl

https://ja.wikipedia.org/wiki/セキショクヤケイ

https://en.wikipedia.org/wiki/Lamarckism

https://ja.wikipedia.org/wiki/用不用説

https://science.sciencemag.org/content/356/6341/eaal3345.full

A genetic signature of the  evolution  of  loss  of  flight  in  the  Galapagos  cormorant

Alejandro Burga,  Weiguang Wang,  Eyal  Ben-David,  Paul  C.  Wolf,  Andrew  M. Ramey,  Claudio  Verdugo, Karen Lyons, Patricia G. Parker, Leonid  Kruglyak

Science  02 Jun 2017: Vol. 356, Issue 6341,  eaal3345,  DOI:10.1126/science.aal3345

　（全文無料で読めます）

https://www.sciencemag.org/news/2017/06/how-clumsy-galapagos-cormorant-lost-its-flight

How the clumsy Galapagos  cormorant  lost  its  flight,  By  Ryan  CrossJun.  1,  2017

doi:10.1126/science.aan6921

　（全文無料で読めます）

https://en.wikipedia.org/wiki/Sensenbrenner_syndrome

ガラパゴスコバネウはなぜ飛べなくなった？

如何にして不器用なガラパゴスコバネウはその翼を失ったのか？

How  the  clumsy  Galapagos  cormorant  lost  its flight?

https://science.sciencemag.org/content/356/6341/eaal3345.full

A genetic signature of the evolution of  loss  of  flight  in  the  Galapagos  cormorant

Alejandro Burga,  Weiguang Wang,  Eyal  Ben-David,  Paul  C. Wolf,  Andrew  M.  Ramey,  Claudio Verdugo, Karen Lyons, Patricia G. Parker, LeonidKruglyak

Science  02 Jun 2017: Vol. 356, Issue  6341,  eaal3345,DOI:  10.1126/science.aal3345

https://www.sciencemag.org/news/2017/06/how-clumsy-galapagos-cormorant-lost-its-flight

How the clumsy Galapagos cormorant  lost  its  flight,  By  Ryan  Cross,  Jun.  1,  2017 , 3:15 PM

doi:10.1126/science.aan6921

How the clumsy Galapagos cormorant lost itsflight?

By Ryan Cross

  Fernandina, the westernmost island  in  the  Galapagos  archipelago,  is a  pristine  spot. It is also a place regularly inundated by lava flows that  set its waters boiling. Yet that hasn’t  stopped  one  odd  bird  from  calling  Fernandina  home: the world’s only flightless cormorant. Now, a new  study proposes an explanation for how the  stumpy-winged  seabird  lost  its ability  to fly -　through more than a dozen genetic anomalies that it  shares with humans suffering from a  variety  of  rare skeletal  disorders.

  For most birds, flightlessness would  be  a  severe problem.  But,  as  Charles  Darwin  concluded on his famous voyage to the Galapagos,  isolation can allow species with such  seeming  disadvantages  to  thrive. The  big  question  for modern scientists is how animals like the  flightless cormorant got to be this way  in the  first  place.  Unlike  penguins,  ostriches , kiwis,  and emus?which evolved into their flightless  forms more than 50 million years ago - the  Galapagos  cormorant  (Phalacrocorax harrisi)  diverged  from its soaring relatives a mere 2 million  years ago. That more recent split  suggests  a  relatively  small  number  of  genetic  changes  differentiate high-flying cormorants from their land-lubber  cousins.

  University of California, Los Angeles, g eneticist  Leonid  Kruglyak began  looking  into  the  evolution of flightless cormorants after visiting the  islands. Since he could find no  conclusive  studies  on  the  large-bodied  bird,  he  set  out  to sequence its DNA, using samples from the lab of  Patricia Parker, an ecologist at  the  University  of  Missouri  in  St.  Louis  and  the  St.  Louis  Zoo. Parker and her team have spent years in  the islands, sleeping outdoors and  working  from converted  fishing  boats  to collect  more than 20,000 blood samples from Galapagos animals.  Kruglyak’s team then compared the  Galapagos  cormorant  DNA  to  that  of  three  other  related birds?the double-crested cormorant, the  neotropical cormorant, and the  pelagic  cormorant.

  Since many developmental genes  shoulder  multiple  roles,  Kruglyak’s  team  reasoned  that a genetic factor for flightlessness would not be  found in a protein mutation,  which  could  lead  to  a  fatal  outcome.  Instead,  they  began  searching for irregularities in the vast segments of  DNA between genes called the  noncoding  regions,  hoping  to  find  clues  about  how the same genes might be regulated differently.

  But that comparison yielded no  results,  so  they  turned  back  to  the  coding regions-the genes that produce proteins-to search for  mutations that would change  a  protein’s  ability  to  function  normally.  They  discovered  about  a dozen mutated genes in the Galapagos  cormorants known to trigger rare  skeletal  disorders  in  humans  called  ciliopathies,  often  characterized by misshapen skulls, short limbs, and  small ribcages. Since Galapagos  cormorants  have  short  wings  and  an  unusually  small  sternum, the researchers suspected this link was  significant, they write today in Science.

  Ciliopathies in humans arise  from  gene  mutations  affecting  cilia- the  microscopic  hairlike  extensions  used to convey chemical messages  between cells that control  vertebrate  development.  When those  signals  go off-kilter,  the body  can grow  in  a visibly abnormal way.  Sensenbrenner syndrome is  one  example,  a  rare  condition  reported  in  only a  few  dozen  people characterized by an elongated skull, short  limbs and fingers, a narrow  chest,  and  respiratory  problems.  One  of  the  genes  linked  to Sensenbrenner, called Ift122, was similarlymutated  in the Galapagos cormorant.  Another  gene r esponsible  for  cilia  production,  Cux1,  seemed  to  play a role in the cormorant’s  stubby wings.

  Next, the researchers put Ift122  and  Cux1 to  the  test.  They  inserted  the  mutated  Ift122  gene  into soil roundworms, which use cilia to  detect their surroundings.  Compared  to  their  regular  counterparts,  the  mutated  worms clumped together instead of dispersing across their  petri dish environment, thanks to  improperly  functioning  cilia.  When  they  inserted  the  cormorant’s Cux1 gene into cartilage-producing  mouse cells growing in a dish,  the  cells  showed  stunted  development.

  But the connection between  these  genes  and  flightnessness  is  still  a  hypothesis,  Kruglyak  notes. “The ideal experiment would make a  Galapagos cormorant fly or  another  cormorant  not fly,”  he  says,  which  one  day  could  be done with a tool like CRISPR gene editing. “As  technologies improve, we  can  imagine  testing  these  gene  mutations  in  birds  and  watching the wings develop.”

  “This study is important and  exciting  for  adding  a  mechanism  for  how flightlessness  might  evolve,” says Natalie Wright, a biologist at the  University of Montana in Missoula  who  studies  the  evolution  of  flightlessness on  islands. She adds that most researchers suspect flight is  lost thanks to changes that cause  birds  to  retain  juvenile  characteristics  into  adulthood.  The Galapagos cormorant- whose stubby wings  make it resemble an  overgrown  baby  bird - is  a  perfect  example.

  But researchers caution that  this  isn’t  the end  of  the  story.  “The  biggest  caveat  to this study is that the authors did only a relatively  basic screen for changes in  noncoding  regions,”  says  Tim  Sackton,  who  studies  the genomics  of flightless birds at Harvard University. No  single mutation alone caused the  cormorants  to  lose  their  ability  to  fly.  So  even  though it is more straightforward to study the effects of  mutations in protein-coding genes,  there  are  likely  more, undiscovered  mutations  that  affect flightlessness in the noncoding regions,  Sackton suggests

  Do the Galapagos cormorants gain  anything  by  their  ungainliness?  Parker  thinks  not.  “In  fact, it might be possible that the Galapagos  cormorant is a little worse at  catching  fish,  since  they  don’t  have  to  muster  up the  energy  for flight,” she says. Granted, they might just  be freeloading off their largely  predator- and  pathogen-free  island  abode.  “That  may  be  one  reason  why  those  bizarre clunky animals are  able to trundle along and  do  just  fine,”  Parker  says.

ライアン・クロス

　ガラパゴス諸島の最西端に位置するフェルナンディア島は手付かずの場所である。そこは溶岩流が規則的にあふれ出て海水を沸騰させる場所でもある。それにも拘わらず、世界で唯一の飛べない奇妙な鵜はフェルディナンド島を我が家と呼び続けるのである。さて、新たな研究は、寸足らずの翼の海鳥が、さまざまな珍しい骨格障害に苦しんでいる人間と共有する1ダース以上の遺伝的異常を通じ、如何にして飛ぶ能力を失ったかについての説明を提出している。

　ほとんどの鳥にとって、飛べないことは深刻な問題になるだろう。しかし、チャールズ・ダーウィンがガラパゴスへの彼の有名な航海に関して結論した様に、その様な不利益に見えるものを抱える種に隔離は生存することを許容し得る。現代の科学者にとっての大きな質問は、如何にしてこの飛べない鵜の様な動物がそもそも成立したのかである。５０００万年前以前に進化の結果飛べなくなったペンギン、ダチョウ、キウイそしてエミューとは異なり、ガラパゴスコバネウ（Phalacrocorax harrisi）は、空に舞い上がっていた祖先からわずか200万年前に分岐した。この様に、より最近に分岐したことは、比較的少数の遺伝的変化が空中を高く飛ぶ鵜と無様に地上を歩くその親戚の差異をもたらした事を示唆している。

　ロサンゼルス在のカリフォルニア大学の遺伝学者レオニド・クルジュヤークは、島を訪問した後、飛べない鵜の進化を調べ始めた。彼はこの大きな鳥に関するそれまでの決定的な研究を見つけることができなかったので、セントルイス在のミズーリ大学並びにセントルイス動物園の生態学者である Patricia Parker 女史の研究室からのサンプルを使用して、ＤＮＡ のシーケンスに乗り出した。Parker と彼女のチームは、２万検体以上の血液サンプルを集める為、屋外で眠り改装された漁船に乗り作業を行い、島で何年も費やしている。クルジュヤークのチームは次にガラパゴスコバネウの DNAを他の3つの関連する鳥、ミミヒメウ、ナンベイヒメウ及びヒメウのそれと比較した。

　多くの発生遺伝子が複数の役割を担うので、クルジュヤークのチームは、非飛行性の遺伝的要因はタンパク質変異には見られないだろうと推論した。と言うのはそれは致命的な結果につながり得るからである。その代わりに、彼らは、ひょっとして同じ遺伝子がどのように異なって調節されるか、についての手がかりを見つけることを願いつつ、非コード領域と呼ばれる遺伝子DNAの膨大なセグメントの不規則性を検索し始めた。

　しかし、その比較は結果が得られなかったので、彼らはンパク質の正常に機能する能力を変える突然変異を検索するべく、コード領域−タンパク質を生産する遺伝子−に舞い戻った。彼らは、ガラパゴスコバネウに、繊毛病と呼ばれる人間の稀な骨格障害を引き起こすことが知られている約１ダースの変異遺伝子を発見したが、これはしばしば奇形頭蓋、短肢及び小胸郭で特徴付けられる遺伝性疾患である。ガラパゴスコバネウは短い翼と異常に小さな胸骨を持っているので、研究者たちは両者の関連が意味を持つと感づいて、今日 Science 誌に発表している訳だ。

　ヒトの繊毛症は、繊毛 -脊椎動物の発達を制御する細胞間で化学的メッセージを伝達するために使用される顕微鏡的な毛状の延長物 -に影響を与える遺伝子変異から生じる。それら細胞間の信号の遣り取りが不調になると、身体は目に見えて異常な方法で成長する可能性がある。センセンブレンナー症候群（=  cranioectodermal dysplasia ,CED, 頭蓋外胚葉異形成）は一例であり、これは、細長い頭蓋骨、短い四肢と指、狭い胸部、および呼吸器の問題を特徴とする、僅か数十人の人々に報告されたまれな状態である。IFT122 と呼ばれるセンセンブレンナー症候群発症に関与する遺伝子の1つは、ガラパゴスコバネウで同じく変異していた。 繊毛産生に預かるもう１つの責任遺伝子 CUX1は、このウの寸足らずの翼発生に役割を果たす様に見えた。

　次に、研究者たちは IFT122 と CUX1 の検証に取り掛かった。彼らは土壌線虫に変異 IFT122 遺伝子を挿入した。土壌線虫は繊毛を周囲を探る為に利用するからである。通常の対照と比較して、変異した線虫は、繊毛を適切に機能させることが出来ない為、ペトリ皿面を歩き回って分散するのではなく１つに凝集した。また、培養容器中で成長中の軟骨生産マウス細胞にウの CUX1遺伝子を挿入した時、細胞は発育不全を示した。

　しかし、これらの遺伝子と非飛行性との間の関係性はまだ仮説であるとクルジュヤークは記す。 「理想的な実験は、ガラパゴスコバネウを飛行させるか、或いは別の鵜を非飛行性にさせるだろう」と彼は言う。これはいずれの日にか、CRISPR 遺伝子編集のような道具を用いて行い得るだろう。「技術が向上するにつれて、私たちは鳥のこれらの遺伝子変異をテストし、翼が発達するのを見ることが想像できる。」

　「この研究は、ひょっとして非飛行性が如何に進化したのか、のメカニズムを追加する為には重要且つ刺激的である」と、島嶼のトリの非飛行性の進化を研究しているミズーリ在のモンタナ大学の生物学者である　 Natalie Wrightは言う。ほとんどの研究者がトリが幼若の特徴を成体にまで保持させている変化のお蔭で飛行性が失われたのではないかと考えて居る、と彼女は付け加える。ガラパゴスコバネウ−その寸足らずの翼が成長しすぎた赤ん坊鳥に似させている−は（彼らには）完璧な例な訳です。

　しかし、研究者らはこれが物語の終わりではないと注意する。 「この研究への最大の警告は、この著者等は非コード領域に於ける変化に対しての比較的に基礎的な篩掛けしか行って居ないことだ、とハーバード大学で非飛行性の鳥のゲノムを研究している Tim Sacton は言う。単一の突然変異だけがこの鵜の飛ぶ能力を失わせたのでは無い。それで、タンパク質コード遺伝子における突然変異の影響を研究することがよりストレートだとしても、非コード領域における非飛行性に影響する発見されていない突然変異がそれ以上にありそうだ、と Sacktonは示唆する。

　ガラパゴスコバネウは彼らの不格好さで何か得をしているのか？パーカーはそうは考えない。「ガラパゴスコバネウが飛行の為の（餌からの）エネルギーを集める必要がないゆえに魚を捕まえるのが少し苦手であることが、実際のところひょっとしてあり得るかもしれない」 と彼女は言う。それを認めるにしても、彼らは主たる捕食者と病原体のない島の住居に居候しているだけかもしれない。「それは、それらの奇妙な動物がゆのんびりと動いても上手く遣っていける理由の1つかもしれません 」と Parkerは言う。