1億年以上前に分かれた蝶と蛾、警告色の模様に同じ遺伝子を使っていた

編集・パクト

ヨーク大学とウェルカム・サンガー研究所が率いる国際研究チームが、南米の熱帯雨林に生息する蝶7種と昼行性の蛾1種(Chetone histrio)を調べ、翅の警告色の違いと結びついた遺伝子を探した。

蝶ではivoryとoptixという2つの遺伝子の近くに、蛾ではivoryを含む領域に、模様の違いと結びつく変異が見つかった。

研究は学術誌PLOS Biology(2026年4月30日)に掲載された。

論文は、収斂した模様の背後で同じ遺伝子が繰り返し使われていたことから、警告色の進化は強く制約されていて予測しやすい、と結論している。

なぜ蝶と蛾は同じ模様を持つのか

南米の熱帯雨林では、見た目がほぼ同じオレンジと黒の警告色をまとった蝶と蛾が、いっしょにひらひらと飛んでいる。

素人目には「同じ仲間でしょ?」と思ってしまうが、今回調べた系統どうしが分かれたのは、近いもので約100万年前、いちばん遠い蛾と蝶の系統では約1億2000万年前にあたる。

恐竜がまだ地球を歩き回っていた時代に分かれた2つの系統が、それぞれ独自に進化してきたはずなのに、ほぼ同じ模様にたどりついている。

こうした現象は収斂進化(convergent evolution)と呼ばれる。

ヨーク大学生物学部のカンチョン・ダスマハパトラ教授は、こう語る。

「無関係な多くの種が独立に同じ形質を進化させる収斂進化は、生命の樹のあちこちで見られます。しかし、その遺伝的な基盤を調べる機会はめったにありません」。

警告色は「食べたら毒だぞ」のサイン

そもそも、なぜ蝶や蛾は派手な警告色を持つのか。サンガー研究所のジョアナ・マイヤー教授は、こう説明する。

「これらの遠縁の蝶と蛾は、どれも有毒で、鳥が食べようとしてもまずいものです。ある色のパターンが『食べるな、毒がある』という意味だと鳥がすでに学んでいるなら、ほかの種も同じ警告色を見せたほうが得なのです」。

よく似た模様をしているのは、ある特定の色のパターンを鳥が「これは毒だから食べるな」というサインだと学習済みなら、別の種も同じ色を出したほうが得だからだ。

毒を持つ複数の種が似た模様をそろえ、捕食者に学習させる負担を分け合う仕組みは、ミュラー型擬態と呼ばれる。

ただ、模様が似ているというのは見た目の話だ。この研究が調べたのは、その模様を作る遺伝子のほうである。

模様の違いと結びついていた2つの遺伝子

ivoryとoptixという2つの遺伝子

研究チームは、野外で集めた個体の全ゲノム配列を使い、翅の模様の違いと結びつく変異を探した(ゲノムワイド関連解析)。

たとえばイトミイニ族(Ithomiini)の蝶4種では、285個体を調べている。その結果、模様の違いに結びついた領域は、ivoryとoptixという2つの遺伝子の近くに集まった。

チョウの一種Mechanitis messenoidesでゲノム編集(CRISPR-Cas9)を行うと、ivoryを壊した個体では黒とオレンジの鱗が黄色に変わり、optixを壊した個体ではオレンジの鱗が黒に変わった。

この2つの遺伝子が翅の鱗の色づくりに関わっていることを、実験で確かめた結果だ。

蝶では、イトミイニ族の4種でivoryとoptixの近くに、模様の違いと結びついた領域があった。蛾では、模様の違いはivoryを含む約100万塩基対の領域と結びついていた。

論文はこうした結果から、収斂した警告色の進化は、同じ遺伝子を繰り返し使うかたちで強く制約されていて、予測しやすいと結論づけている。

遺伝子の本体ではなく、近くの調節領域が関わっていた

蛾の反転を除くと、模様の違いと結びついた領域は、いずれも遺伝子の本体の外側にあった。論文は、こうした領域が遺伝子のオン・オフを調節している可能性があるとみている。

研究者はこれを、しばしば「遺伝子のスイッチ」と表現する。

イトミイニ族の4種では、黄色い帯の有無に結びついた領域が、いずれもivoryの最初のイントロン内にあり、プロモーターから約2万5800〜3万3500塩基下流の近い位置にあった。

論文は、ivoryの転写の制御が約2800万年のあいだ保たれてきたことを示している可能性が高いとしている。

近い仲間どうしの模様が似ている場合でも、交雑で遺伝子をもらい合った結果だと言える証拠は、ほとんど見つからなかった。

24種222個体を調べ、種の間の遺伝子の流れ自体は多くの種で起きていたが、模様を決める変異が共有されている例はほぼなかった。

例外はMelinaea属のoptix付近の狭い領域で、論文は完全には否定できないとも書いている。

論文は、いったん別の模様に落ち着いた種が、さらに別の模様へ移るときも、体のほかの部分への影響が少ない調節領域の変化で切り替えられるのではないかと考えている。

蛾では約100万塩基対の反転が模様の違いと対応していた

ヘリコニウス属の蝶と似た反転の構造

蛾のChetone histrioには、縞模様の型と、オレンジと黒の型がある。この2つの型の違いは、1.018メガベース(約100万塩基対)の反転とぴったり対応していた。

反転した領域にはivoryが含まれる。縞模様の型は反転のない並びを2本とも持ち、オレンジと黒の型は反転を1本か2本持っていた。

ヘリコニウス属の蝶Heliconius numataでも、模様の型の違いは反転を含む構造で保たれている。

蛾の反転の端の1つは、H. numataのP1反転の端とほぼ同じ位置にあり、もう1つの端も8遺伝子以内の距離にある。

反転した型がオレンジと黒の模様を決め、しかも優性である点も共通する。論文はこれを、遺伝子の使い方だけでなく、反転の位置や優性という性質まで平行して進化した例としている。

「予測できる」と言える範囲

論文が「予測できる」と言うのは、収斂した模様の切り替えが、同じ遺伝子の似た領域で繰り返し起きていた、という意味だ。

こうした領域は変異の起きやすい場所(ホットスポット)で、急速な適応を可能にしている可能性がある、と論文は述べている。

進化はどこまで予測できるようになるのか

共通点は、分かれた時間によって違っていた

分かれて約3000万年までの蝶の系統では、模様の違いと結びついた変異が、ivoryとoptixの近くの似た非コード領域に集まっていた。

約8000万年離れたヘリコニウス属でも、ivoryとoptixが同じように模様を左右していた。

約1億2000万年離れた蛾では、領域の姿は反転に変わっていたが、ivoryを含み、ヘリコニウス属の反転と似た構造をもっていた。

マイヤー教授は、こうも語る。

「ここでは、これらの警告色が特に理想的であることを示しました。1億2000万年にわたって遺伝的な基盤がよく保たれているため、同じ色のパターンを進化させるのがかなり容易であるようなのです」。

収斂進化そのものは以前から知られているが、その遺伝的な仕組みを広い時間の幅で調べた研究は少なかった、と論文は書く。

この研究は、分かれて約100万年から1億2000万年までの系統を同じ枠組みで調べている。

ダスマハパトラ教授は、成果をこう要約する。

「7つの蝶の系統と昼行性の蛾を調べて、進化は驚くほど予測できることがあり、蝶と蛾が恐竜の時代から、似た色のパターンをつくるのにまったく同じ遺伝的な手口を繰り返し使ってきたことを示しました」。

予測できる進化は私たちに何をもたらすか

環境や気候の変化への応答を考える手がかり

プレスリリースは、進化がたびたび決まった遺伝的な道筋をたどると分かれば、環境や気候の変化に種がどう応じるかを科学者が予想しやすくなるかもしれない、と述べている。

この研究が調べたのは、南米のタイガー型擬態環(オレンジと黒、黄色い帯、縞の3つの型を含む、100種以上の蝶と蛾の集まり)の翅の模様に限られる。