生命の樹: 数十億の絶滅種と一つの共通祖先コミュニティ

想像を絶する数の種のための一つの家族

現在の生命の多様性

生命の樹は圧倒的であり、時間: 38億年がすべてを説明する原動力です。 PLoS Biologyに掲載された最も引用されている研究は、地球上に存在する種の数を870万種と提案しており、そのうち650万種が陸生、220万種が水生です。

種分化のメカニズム

地理的に隔離された二つのグループに分かれる個体群を想像してみてください。 100万年後、蓄積された突然変異により、それらは互いに繁殖できなくなるほど十分に異なります: 一つの種しかなかった場所に二つの種が生まれます。 これらの二つの種のそれぞれがさらに分かれることができ、以下同様に続きます。

圧倒的な理論計算

化石記録を分析することにより、研究者は動物種の平均寿命が、絶滅または変容するまで約100万から1000万年のオーダーであると推定しています。 複雑な真核生物の場合、系統が二つの異なる種に分かれるまでに最もよく引用される数字は200万年です。

系統が平均して200万年ごとに分かれる場合、38億年にわたって系統あたり1,900回の連続した分裂を表します。 樹状成長では、理論的に約\(10^{572}\)という想像を絶する数値になり、これは観測可能な宇宙の原子数（約\(10^{80}\)と推定）を無限に超えています。 系統が平均して1000万年ごとに分かれる場合、約\(10^{114}\)という、本当に想像を絶する数値になります。

存在したことのない世界 ！

この想像を絶する数は、絶滅がなく、生態学的飽和がなく、すべての系統が100万から1000万年ごとに規則的に同時に分岐する世界における理論的な限界です。 現実には、大規模な制約が、純粋な倍増のこの理論的可能性を、それが表現される前に押しつぶします。

• 絶滅: 五つの大量絶滅だけで毎回75 %から96 %の種を一掃し、樹をわずかな生き残った枝にまで brutal に削減しました。
• 生態学的飽和: 各生態系は、種が生存し繁殖できる条件の組み合わせであるニッチの数が限られています。 これらのニッチがすべて占有されている限り、隔離された個体群は、完全な種になるために十分に長く分岐するために必要な資源も空間も見つけられません。
• 不十分な地理的隔離: 種分化は、二つの個体群が不可逆的な違いを蓄積するのに十分な長さ分離されたままであることを要求します。 しかし、山、海、砂漠などの地理的障壁は、稀で、不安定で、一時的です。 この持続的な隔離がなければ、個体群は再び混合され、分岐は成功する前に無効化されます。
• 遺伝的制約: 突然変異の大部分は中立または致死的です。 真の適応的分岐を可能にする有利な突然変異は非常に稀であり、遺伝的浮動は、個体群に広がる前に、有利であるにもかかわらず突然変異を純粋な偶然で排除することがあります。
• 種間競争: 新生種は、すでに確立され、より適応した種に対して、類似したニッチを占めて、自らを主張しなければなりません。 これらの新しい系統の失敗率は、長期的に存続可能な十分な個体群サイズに達する前にかなりのものです。

理論から現実へ: 絶滅のフィルター

制約は実際にはカスケードフィルターを形成します: 系統は、安定して持続可能な種を生み出すためにそれらすべてを同時に克服しなければならず、これが実際の種の数が理論的可能性から非常に遠い理由を説明します。

古生物学者は、複雑な動物の出現以来、約5億4000万年前（カンブリア紀の始まり）に存在した化石可能な種の総数は、50億から500億の間にあると推定しています。 しかし、この数字は岩石に痕跡を残した生物、つまり実際の生命の1 %未満にのみ関係します。 このバイアスを修正し、微生物の起源からすべての生命を含めると、地球上にこれまでに存在した種の総数は\(10^{12}\)から\(10^{15}\)、つまり1千億から100兆の絶滅種の間にある可能性があります。

現在の生命: 生命の歴史の10億分の一

数字は明白であり、38億年の進化を通じて、絶滅は規則であり、例外ではありません: これまでに存在したすべての種の99.9 %以上が消滅しました。 生命の歴史において、生存は例外です。

現在生きているすべての種を合わせても、地球が生命の起源以来生み出してきた総生物多様性の10億分の一、おそらくそれ以下しか代表していません。 自然選択は容赦ありません: それは無慈悲に不適応な系統を排除し、絶え間なく生命の変異を濾過し、環境の当面の要求に応えるものだけを生き残らせます。

生命の樹の三つの主要な枝

Carl Woese（1928-2012）とその共同研究者たちの1970年代後半の研究のおかげで、生命が三大ドメインに分かれることを知っています。 この革命的な分類は、すべての生物に存在する分子であるリボソームRNA (原核生物では16S、真核生物では18SのリボソームRNA分子、分子時計として使用)の分析に基づいています。
樹の主要な枝を形成する三つのドメイン:

• 細菌（Bacteria）: 原核生物（核を持たない）、並外れた代謝的多様性を持つ。 温泉から人間の腸内まで、あらゆる環境に定着します。
• 古細菌（Archaea）: 長い間細菌と混同されていましたが、独自の遺伝的および生化学的特徴を持ちます。 多くは極限環境微生物であり、極端な環境（高温、酸性、塩分）に生息します。
• 真核生物（Eukarya）: 核を持つ複雑な細胞を持つ生物。 このドメインには、動物、植物、菌類、原生生物が含まれます。 それは私たちが属する枝であり、生命の多様性のごく一部です。

N.B.:
古細菌は細菌よりも真核生物に遺伝的に近いです。 真核生物は実際には古細菌ドメインから派生した枝です。人類は、腸内細菌よりも温泉の好熱性古細菌とより最近の共通祖先を共有しています。

生命の樹の主要グループの要約表

N.B.:
示された日付は分子時計と化石に基づく推定です。 最初の生命の兆候（原核生物）は約38億年前に出現します。 地球の年齢は約45.4億年と推定されています。

LUCAの前に何が起こったのか ？

LUCAは単一の個体ではない

あなた、私、チーター、シャンピニオン・ド・パリ、セコイア巨木、そして細菌は共通祖先を共有しています: 私たちはすべてLUCA（最後の共通祖先）から派生しており、約35億から40億年前に生息した単細胞生物です。 LUCAは必ずしも単一の個体ではありません。 LUCAはむしろ、熱水噴出孔の周辺に生息し、繁殖を介さずに個体間で直接遺伝子を大量に交換していた原始生物の個体群に対応します。

通俗科学 vs 科学的現実

通俗科学では、LUCAはしばしば単一の生物として提示され、生命の「アダムとイブ」のようなものです。 説明には便利ですが、不正確です。 LUCAはおそらく複数の関連生物を表しており、個体群は単一の個体よりも多くの遺伝的多様性を可能にするからです。

ダーウィン的前生物的化学の時期

しかし、LUCA自体は非常に長い選択の産物です。 LUCAが「勝つ」前に、生命の出現の試み、プロトセル、自己複製システム、原始的な代謝が出現し、子孫を残さずに消滅した、おそらく数十億の試みがあったでしょう。 これはダーウィン的前生物的化学の時期と呼ばれ、後期重爆撃の終了とLUCAの出現の間の約1億から4億年の間に展開されたと考えられています。

覚えておくべきこと

生命の樹は、壮大でありながら脆い歴史を私たちに明らかにします: それは数十億年前に出現し、無限のランダムな出来事、大災害、選択によって形作られた生命の歴史です。

私たちの存在は、再現できないほど特異な偶発性の結果です。 それは、私たちが知っている生命が貴重で、希少で、ユニークであることを私たちに思い出させます。 星の中に人類の双子を必死に探す代わりに、私たちは自分自身の存在に驚嘆し、この例外が私たちの過ちによって新たな絶滅にならないようにすべきです。