特集 * Quantification of species boundary Kei W. Matsubayashi* The Faculty of Arts and Science, Kyushu University Abstract: Speciation i

2018 年 10 月 30 日受付、2019 年 6 月 17 日受理 *e-mail: matsubayashi.kei@artsci.kyushu-u.ac.jp

“種”のちがいを量る

松林 圭*

九州大学基幹教育院 Quantification of species boundary

Kei W. Matsubayashi*

The Faculty of Arts and Science, Kyushu University

要旨：種分化とは、生物の多様性を生み出す原動力であり、“潜在的に交配可能な集団間に、交配を妨げる遺伝的機構（＝ 生殖隔離）が進化すること”と定義できる。生物学的種概念を基礎とするこの種分化の定義は、広く進化生物学におい て受け入れられてきたが、実際の生物にこの基準を適用することには困難が伴う場合が多い。異なる個体群が、果たし て異なる種にあたるのか否かは、進化生物学、生態学のみならず、分類学的にも重要な問題であった。この“種のちが い”を定量化する試みは、遺伝子マーカーを使用するものや形態的相違を判別形質とするものなど、様々な手法が使わ れてきた。これらはどれも、生殖隔離の存在やその強度を間接的に推定するものである。最近では、野外観察や行動実 験を通して生殖隔離を直接測定する手法が普及しており、隔離障壁の進化やメカニズムに関する理解が大きく進んでい る。本総説では、種のちがいを量る方法として生殖隔離の定量化に着目し、近年になってこの分野で得られた知見を紹 介する。 キーワード：種分化、遺伝子流動、生物学的種概念、生活史ステージ、生殖隔離

Abstract: Speciation is a driving force of biological diversification defined as ‘evolution of genetic mechanism preventing gene exchange (= reproductive isolation) between potentially crossable populations.’ This definition based on the biological species concept has been broadly accepted in evolutionary biology, while there are some difficulties to apply this definition to actual organisms in the wild. To judge whether different populations are different biological species or not is an important issue in evolutionary biology, ecology, and taxonomy. Various measurements such as molecular markers or morphological characters have been used to quantify the ‘species boundary.’ These measurements all indirectly test the existence and strength of reproductive isolation. Recently a method for direct measurement of reproductive isolation throughout field and behavioral observations has been developed and enables us to understand the evolution and genetic mechanisms of isolating barriers. In this review, I focus on recent advance in quantification of reproductive isolation to elucidate the species boundary.

Keywords: speciation, gene flow, biological species concept, life stage, reproductive isolation

特 集

種の境界：進化学と生態学、分子遺伝学から種分化に迫る

種のちがいを量る

 種分化は生物学的種概念に基づき、“潜在的に交配可能 な集団間に、交配を妨げる遺伝的機構（＝生殖隔離）が 進化すること”と定義できる。生殖隔離を中心とするこ の種分化の定義は、広く進化生態学において受け入れら

れてきた（Coyne and Orr 2004, P.26）。種がどれぐらい近 縁な関係にあるかを示す基準には、形態的相違や遺伝的 距離など、様々な方法がある。しかし、生物学的種概念 に照らし合わせたときの“種のちがい”を定量的に示す には、生殖隔離を基準として用いることが最も適切であ る。  生殖隔離は、種間での遺伝子流動を妨げる遺伝的障壁 である。生殖隔離は、本特集の導入（表 1）の通り、生

活史の複数のステージそれぞれにおいて定義されており、 配偶子の受精前に働く交配前隔離（あるいは配偶前隔離 prezygotic isolation）と、受精後に働く交配後隔離（ある いは配偶後隔離 postzygotic isolation）に大別されることが 多い。これらの隔離障壁が、自然界に存在する生物種の 境界を形作っているという事実は、進化生物学の黎明期 からよく知られてきた（例として Dyer 1888）。しかし、 種分化におけるその重要性にもかかわらず、どのように 種間での生殖隔離を包括的に定量し、比較評価するかと いうことに関しては、近年になるまで意見の統合が図ら れてこなかった。  ほとんどの自然現象は境界があいまいな性質を持ち、 厳密な線引きが基本的に困難なものである。これは種と いうカテゴリについても同様であり、一つの種が二つの 種に分かれる過程は、時間的・系統的に連続性をもって 進むもの と考えられる。この連続性は、種分化連続体 speciation continuum という、様々な程度の分化を示す個 体群∼別種までの集合体として、ひとつの生物グループ 内に見られることがある（Hendry et al. 2009；Peccoud et al. 2009；Twomey et al. 2016；Mérot et al. 2017）。

 本稿では、このようなあいまいな実体としての生物学 的な種を記述する目的で、生殖隔離を測定する手法を紹 介する。生殖隔離の測定は、対象となる個体群同士がど れぐらい生物学的に分化しているのか、という種分化研 究におけるもっとも根本的な問いに答えることのできる 数少ない方法である。例えば J. Coyne と A. Orr は、ショ ウジョウバエの複数の近縁種ペアにおいて性的隔離・雑 種致死・雑種不妊の程度を比較し、これらの隔離が遺伝 的分化とともに強くなること、交配前に作用する性的隔 離が交配後に作用する雑種致死や雑種不妊などよりも早 く進化すること、また異所的な近縁種ペアよりも同所的 な ペ ア で 性 的 隔 離 の 程 度 が 著 し い 強 化 reinforcement （Dobzhansky 1937）という現象を見出した（Coyne and Orr

1989）。さらに、解析するペアを増やした後年の研究では、 種分化に至るまでに必要な時間が、同所的な種ペアでは 20 万年程度である一方で、異所的な種ペアでは 270 万年 程度必要であると推定する（Coyne and Orr 1997）など、 生殖隔離の進化パターンについて大きな貢献を果たした。  生態学的な側面から見たとき、生殖隔離の種類は近縁 な 2 種が同所的に共存できるかどうかを決定する要因と して重要である。交配前隔離が不完全な近縁種は、ニッ チが重複することで資源競争にさらされるうえ、間違い 交尾や交雑による不利益を被るため、同所的に共存する ことが難しい。一方で交配前隔離が強く、2 種の季節消 長や生息場所に明確な違いがあれば、直接の資源競争が 減少するうえに間違い交尾や交雑が起きにくいため、同 所的な共存が可能である（例として Matsubayashi and Katakura 2009）。  本総説では、隔離障壁を測定する手法とその意義につ いて紹介する。種分化の研究は主に動物と植物で進めら れているが、説明の簡素化のため、ここでは主に動物の ケースについて概説する。なお、個別の隔離障壁につい てはすでに複数の和文総説で詳述されているため（例え ば、浅見 2006；宮竹 2006）、本総説では簡単に触れるの みにとどめる。

交配前隔離の強度

 隔離障壁の強度を個別に評価する方法は複数あるが、 基本的な考え方としてはいずれも共通している。交配前 隔離は、異種のメンバーと物理的に接触して交配が成立 する確率を、同種のメンバーとの場合と比較して、その 比率を算出することで評価される（図 1）。以下では、交 配前に働く代表的な隔離障壁を、作用する生活史ステー ジの順番で紹介する。  種分化初期の動物の種ペアにおいて頻繁に測定される 隔離要因のひとつとして、季節的隔離（より一般的に、 時間的隔離 allochronic isolation と呼ばれることもある）が 挙げられる。この隔離障壁は、繁殖期あるいは繁殖時間 が重複する繁殖可能な個体の数を、同種と異種それぞれ で比較して算出される。これは、例えばサンゴなどのよ うに、繁殖時期と時間が短時間かつ厳密に決まっている 動物において、より強くなる（例として、Fukami et al. 2003；Levitan et al. 2004；Yamamoto and Sota 2009）。植物 でも、繁殖時期や繁殖時間が種ごとに限定されている場 合が多く、特に花を咲かせるものでは観測が容易である ため、野外で検出されやすい隔離障壁である（例として、 Kay 2006；Martin and Willis 2007）。

 また、動物に特徴的な隔離障壁の一つとして生息場所 隔離 habitat isolation がある。これは交配する場所の選好 性から評価されるものであり、種間で交配場所の好みに 偏りがあると、それが異種のメンバーと出会う確率を低 下させるというものである。この隔離は、交配場所選択 が厳密な生物で非常に強く働く。特に植食性昆虫におい ては、交配場所が自らの寄主植物上に限定されることが あり、寄主植物への選好性と相関して進化することが知 ら れ て い る（Wood and Keese 1990；Feder et al. 1994； Matsubayashi et al. 2011, 2013）。

 動物の交配前隔離のうち、もっとも頻繁に見られるも のは、性的隔離である。これは、雌雄が交配を目的とし て出会ったうえで交配が成立する確率を、同種間および 異種間で比較することで算出される。交配以前の生活史 ステージでの隔離の強さは、出会う確率の比較であるた め、その効果を種それぞれで独立に算出できた。しかし、 性的隔離は出会った後に交配が成立するかどうかが基準 となるため、最も単純なケースでも 2 種の雌雄で 4 通り の組み合わせによるクロス表での比較が必要となる。こ れは、実験室内のコントロールされた条件下で、雌雄一 対一での交尾成功率を測定できる動物の場合にはシンプ ルであるが、実際には野外の一定条件下でしか交配が起 こらない動物も多く、そのような事情が性的隔離の測定 を困難にしている。また、雌が多くの雄を前にして選択 する場合や、複数の雌雄が入り乱れて交配相手を選ぶ場 合など、自然界には実にさまざまな交配の様式があるた め、そのすべてに柔軟に対応でき、交配様式の影響をで きるだけ排して隔離の強度を測定できることが望ましい。 このような目的で、ここでは JMATING（Carvajal-Rodriguez and Rolan-Alvarez 2006）というソフトウェアを紹介する。 これは、様々な様式のクロス表の結果において IPTI とい う指数を用いて、同系交配の強さを比較可能な形で算出 するものである。この指数の優れたところは、生殖隔離 としての同系交配の傾向と、交尾への積極性の違いを分 けて指標化できる点で、それぞれについて隔離指数 sexual isolation index（IPSI）と性選択指数 sexual selection

index（IPSS）、およびそれぞれの有意確率が算出される。

こ れ ま で に 野 外 観 察 に お け る 交 尾 頻 度 デ ー タ （Matsubayashi et al. 2013；Muller et al. 2016）や、様々な交 配選択実験の比較研究（Coyne et al. 2005）に用いられて おり、柔軟性と頑健性が高い（Rolán-Alvarez and Caballero 2000）。

 虫媒の種子植物においては、送粉者隔離 pollinator isolation が 性 的 隔 離 に 比 較 的 似 た 性 質 を 持 っ て い る （Coyne and Orr 2004）が、これは開花期間における送粉 者相の違いを比較することで測定できる。また、近年で 図 1．生活史ステージごとに働く隔離障壁。最初のステージを生息場所隔離としたとき、種 A のメ スが異種 B のオスと繁殖場所で出会う確率を 0.2 とすると、ここでの隔離障壁の強さは、それを 除いた分、つまり 1 - 0.2 = 0.8 となる。これは同種のオスと出会う確率と等しい。以下、生活史 ステージごとに、段階的に他種の異性と出会う確率が乗算されるため、有為に作用する隔離障壁 の数が多いほど最終的に生まれて繁殖に成功する雑種の頻度は小さくなる。

は花粉の分子集団遺伝学的な解析手法を利用することが 可能である（例として Matsuki et al. 2007）ため、柱頭に ついた花粉の種構成を調べることで、直接この隔離の強 さを算出することができる。

交配後隔離の強度

 交配後隔離は種間交雑後に産まれる雑種の割合、およ び特定の生活史ステージにおけるその適応度を、同ステ ージの親種と比較することで求められる（図1）。一般的に、 よく測定の対象となる隔離障壁は、雑種生存不能と雑種 不稔（不妊）である。この二つの隔離障壁は、主にショ ウジョウバエを用いて、長く遺伝学的研究の対象となっ てきた（Coyne and Orr 2004, P. 253）。

 雑種生存不能は、生まれた雑種個体が成長の過程で死 亡し、子孫を残せないことによる隔離である。これは一 般的に、両親種の遺伝子を両方持つことで起きる遺伝的 不和合によるものを対象としている。雑種生存不能は、 生育環境に依存して生じる環境依存のものと、生育環境 に関わらず生じる環境非依存のものに分けられ、特に前 者を生態的雑種生存不能と呼ぶ（松林・藤山 2016）。こ れは、異なる環境にそれぞれ適応した両親種間の雑種で 特徴的な隔離障壁である（Rundle and Whitlock 2001）。こ こで雑種個体は、実験室内などのコントロールされた環 境では、両親種と変わらない生存率を示すものの、どち らかあるいは両方の親種の生育環境において、それぞれ の環境における親種よりも低い生存率を示す。これは、 雑種がそれぞれの環境によく適応した両親の中間的な性 質を持つことによって生じる外因的な隔離障壁である（例 として Peccoud et al. 2014）。  雑種生存不能の評価はシンプルで、ある条件における 雑種とその両親種の生存率の比率で計算できる（Martin and Willis 2007）。コントロールされた平均的な条件での 測定では遺伝的不和合による効果が、そして両親種に特 異的な環境下での測定では環境依存の生態的雑種生存不 能 が 検 出 さ れ る（ 例 と し て、Egan and Funk 2009； Kuwajima et al. 2010）。なお、以下に述べる雑種での繁殖 力の低下と区別するために、定義上は雑種が死亡するこ とを要件としているが、実際の測定では成長速度や体サ イズなどを含めて包括的に評価されることが多い。  交配後接合前隔離 postmating-prezygotic isolation は、生 理的あるいは機械的な不和合によって、異種配偶子が受 精する前に受精能力が低下する隔離障壁である。種間交 雑と種内交配の両方が起こったときに、交配の順序に関 わらず同種の精子（あるいは花粉）が使われる同種精子（花 粉）優先 conspecific sperm (pollen) precedence がその代表 例として知られる（Howard 1999）。動物においての研究 はショウジョウバエなど一部（例として、Price 1997）を 除いてそれほど進んでいない。隔離強度の測定方法は雑 種生存不能に準じ、特に意識して検出しない限りは交配 後隔離の雑種生存不能の効果に含まれる。  雑種不稔は、雑種が低い繁殖能力を持つことによる隔 離障壁で、生理的不稔と行動的不稔 behavioral sterility に 大別される。生理的不稔は、精子の活性が悪くなるなど、 生理学的な不和合によって生じ（例として Brill et al. 2016）、行動的不稔は雑種が行動的に親種と適合しにくい という行動的不和合によって生じる（例として Schmidt and Pfenning 2016）。この隔離障壁に関しては、雑種不稔 が異型接合の性染色体を持つ方の性で先に進化する （Turelli and Orr 1995） と い う、 ホ ー ル デ ン の 規 則 Haldane’s rule が知られている（Haldane 1922）。ホールデ ンの規則の遺伝的な要因について、いくつかの興味深い 仮説が提唱されているが、いまだ一般的なメカニズムは 未解明である（Wu et al. 1996）。このホールデンの規則は、 交配後隔離の進化パターンから、形質進化の遺伝学的な メカニズムを推定するという形で進められた研究の例で あり、繁殖生理学に寄与した。  雑種不稔の評価は上記の雑種生存不能と同じく、ある 条件における雑種とその両親種の交配成功率を比較する。 生理的不稔の場合には精子の活性や受精率が指標となる が、単純に雑種から次代がどれぐらい産まれるかで評価 されることも多い。行動的不稔は、親種と交配成功率を 比較することで測定される（例として、Barnard et al. 2017）。南米のドクチョウで調べられたように、両方の親 種に対して雑種の交尾成功率が低く、かつ雑種同士の交 尾成功率が下がらないような場合には、染色体の倍数化 や異数化をともなわないまま、雑種のみで累代交配を繰 り返して独自の種が形成される“同倍数性雑種種分化 homoploid hybrid speciation”（Mavárez et al. 2006）という 特殊な種分化モードにつながる場合もある。

地理的隔離の強度

 隔離障壁は生物の内的かつ遺伝的な性質（遺伝的障壁） に限られるため、地理的隔離は生殖隔離には含まれない。 しかし、種間での交雑を防ぐ物理的な要因として非常に 重要であるため、あえて一種の隔離要因としてその強度 が測定されることがある。生殖隔離の査定が主に同所的

な個体群間に偏っていることもあり、これまではそれほ ど考慮されてこなかったが、たとえば異所性が種分化に 与える影響を評価する場合などには、異所性の程度を測 定する必要がある。もっとも簡単なやり方は、2 種の地 理的な分布状況を、同所的・側所的・異所的の三つに分 けたうえで、同所的な場合には地理的隔離の強度を 0 と し、異所的な場合には 1、そして中間的な条件である側 所的な場合には 0.5 とした指標を当てはめる方法である。 これは極度に単純化したものであるが、実際の生物にお いて地理的な分布の重複度合を指標化するのは非常に困 難であるため、現実的な対応策として用いられる。この ようなやり方で、例えば過去の散発的な分布情報などか らでも、地理的隔離の強度を測定することができる。よ り正確に地理的分布から地理的隔離を評価するには、GIS を使った種分布モデル species distribution model（SDM） を利用することになる（McCormack et al. 2010）。最近で は種の分布全体をカバーした系統情報と GIS を組み合わ せて、ニッチの違いと地理的隔離の強度を測定する試み も な さ れ る よ う に な っ て い る（ 例 と し て Duffy and Jacquemyn 2019；Gray et al. 2019）。

生殖隔離指標と総合強度

 個別の隔離強度の算出には数多くのやり方があり、隔 離障壁の違いはもちろんのこと、生物グループや研究者 によってもある程度異なっていることが多い。これは、 隔離障壁の種類や働き方が、生物種間のみならず、気候 条件や個体群密度などによって大きく異なることが理由 である。隔離強度をなるべく正確に評価するためには、 対象となる生物の生活史や生態に合わせた形の算出法を 使わなければならない。このような状況で、なるべく一 般的に個別の隔離障壁の強度（RI）を算出できる手法が 提案されてきた。そのうちでも、特に近年では Sobel and Chen（2014）によって提案されたものが標準的指標とな っている。 RI = 1-2(H/(C+H)) (1)  ここで、H は種間交雑に関するイベントの頻度で、C は種内交配に関するイベントの頻度である。これは、隔 離の強度を最小 -1 で最大 1 の値をとるように標準化して おり、0 を中心として対称かつ直線的に推移するため、 直感的に理解しやすくなっている。交配が全く生じない、 あるいは雑種が全く産出されない完全な別種間では最大 値 1 をとる。同系交配がまったく見られず、交配後も産 まれた子孫の適応度が親種と比較してまったく見劣りし ないのであれば隔離の一切ないランダム交配で 0 となる。 そして、自分の種よりも相手側の種と、より高頻度で交 配する異型交配で、さらに生まれた雑種が親種よりも高 い適応度を示す場合には、最小で -1 の値をとる。隔離強 度がマイナスの値になる場合、そのステージにおいては、 種間交雑の方が頻繁に起きるということを示す。  生活史のステージそれぞれにおいて算出された個別の 隔離障壁の強度（RI）は、その隔離障壁のみでどれぐら い次世代での雑種個体の産出頻度を下げるかを表してい る（図 2）。n 番目の生活史ステージで働く隔離障壁は RIn と表記され、例えば最初に働く隔離障壁の強さは RI1 = 0.8 などと表記される（-1 ≤ RI ≤ 1）。  その隔離障壁が実際に生活史全体の中で、雑種個体の 産出確率をどれぐらい減らしているかについては、絶対 貢献度 AC（absolute contribution）と呼ばれる指標で示さ れる（図 2）。最初の隔離障壁については、隔離障壁の強 さがそのまま貢献度となるため、絶対貢献度はそのまま AC1 = RI1となる。つまり RI1 = 0.8 のとき、最初の生活史 ステージでは全個体数のうちの八割が交雑を免れ、二割 が交雑の可能性を残したまま次の生活史ステージへ進む ことになる。一方、2 番目に働く隔離障壁については、 その前に作用した隔離障壁をすり抜けてきた個体のみが 対象となるため、AC2 = RI2 (1- AC1) となる。同様に 3 番 目の隔離障壁については、AC3 = RI3 [1- (AC1 + AC2)] とな る。これを一般的に表すと、以下のようになる。 ACn = RIn (1- ∑ ACi) (2) このようにしてそれぞれの生活史ステージにおいて隔離 障壁の強度を算出した後で、m 段階の生活史ステージか らなる生活史全体を通した種間での隔離全体の強度（T） は、以下のように求められる（Ramsey et al. 2003）。 T = ∑ ACi (3) 逆説的に、全ての生活史ステージを通した雑種の産出頻 度は 1-T で表されることになる。

生殖隔離の定量に関する研究例

 生殖隔離を定量化した研究は多くあるが、生殖隔離の 総体を定量化するさきがけとなったのは、ミゾホオズキ

属の Mimulus luissi と M. guttatus という 2 種間で 3 つの交 配前隔離と 4 つの交配後隔離を測定し、生活史全体にわ たる生殖隔離を算出した研究である（Ramsey et al. 2003）。 この 2 種間において（1）最初に働く地理生態的隔離 ecogeographic isolation*1_{が最も強く作用していること、（2）} 隔離障壁のほとんどが、それぞれの種に対して強さが異 なる非対象であることなどが示された。その後、同様の 手法を使ってショウガ科の近縁種（Kay et al. 2006）や、 ミゾホオズキ属の別の近縁種（Martin and Wsillis 2007） などで隔離の定量化が行われた。動物では、日本で側所 的に分布するオサムシの近縁種間において、生活史全体 を通して不完全かつ非対称の隔離障壁を見出した研究 （Takami et al. 2007）がある。植食性昆虫では、日本の近 縁な植食性テントウムシの種間で 3 つの交配前隔離（季 節的隔離・生息場所隔離・性的隔離）および 6 つの交配 後隔離（卵孵化率・幼虫生存率・越冬率・雑種の交尾選 択性・雑種交配成功率・戻し交配の孵化率）に加えて、 交配後受精前隔離（同種精子優先）を定量化した研究 （Matsubayashi and Katakura 2009）が挙げられる。この 2 種間においては、個別では完全でない中途半端な強さの 隔離障壁が複数存在することによって、生活史全体とし て雑種の産出がほぼゼロに抑えられているという結果が 得られ、野外における分子集団遺伝学的な雑種解析によ ってもそれが確認された。このような性質は、Coyne and Orr（2004）において隔離障壁の連合作用 joint action とし て予想されていたものであり、近縁な種が完全に独立す る過程においては、必ずしも完全な隔離障壁が進化する 必要がないということを示している。近縁な種間でどの ようなタイプの隔離障壁が見いだされるかについては、 近 年 に な っ て 概 念 的 整 理 の 進 ん だ“ 生 態 的 種 分 化 ecological speciation”（Nosil 2012；松林・藤山 2016）にお いて、中心的な興味の対象となっている。この種分化モ ードでは、環境依存の局所適応によって、集団間に生殖 隔離が生じることを要件にしており、異なる環境下でど のような隔離障壁が発達するかを確認することが重要な 図 2．隔離障壁の強度（RI）と、絶対貢献度（AC）、および全体の隔離強度（T）の模式図。ある近縁種間において、 三つの生活史ステージでの隔離の強さ（RI）を模様のあるグラフとし、そのステージで種間交雑に繋が るイベントの比率を濃さの異なる灰色で示した。それぞれの生活史ステージにおける AC は、そのステ ージでの隔離の強度（RI）を、異種もしくは雑種がそれ以前のステージにおける隔離障壁をすり抜けて くる確率とかけあわせたものとして計算される。最終的な生活史全体における隔離強度（T）は、全ての ステージでの絶対貢献度を足し合わせたものとなる。 *1 _{異所性に伴う地理的隔離と局所適応の効果を両方含む隔離障} 壁（Sobel et al. 2010 を参照のこと）

判断基準となるためである。前述のテントウムシにおい て、このような目的で（A）インドネシアで同所的に異 なる食草を利用する種内集団（ホストレース）間、（B） 日本で同所的なホストレース間、そして（C）前述の日本 の近縁種間で 5 つの隔離障壁を比較した（図 3）。すべて の種あるいはレースのペア間でほぼ完全な隔離障壁が見 られるが、より最近に分化した（A）と（B）では、生態 的隔離だけが見られるのに対し、より分化の歴史が古い （C）では、交配後隔離など複数の隔離障壁が見られる。 これは、このテントウムシのグループにおいて、食草変 換とそれに伴う食草への適応が最初に進化しやすく、交 配後隔離が後追いで進化してくるというパターンを示し

ている（Katakura et al. 1989；Matsubayashi and Katakura 2009；Matsubayashi et al. 2011）。  なお室内での飼育による計測以外に、実際に野外で得 られた観察データを基にして、それぞれの生活史におけ る隔離強度をベイズ推定で算出する手法も提案されてお り（Peccoud et al. 2018）、今後はこのようなやり方で隔離 強度を測定した実例も増えてゆくものと予想される。

生殖隔離の定量が種分化研究に何をもたらしたか

 ここまで紹介したとおり、生殖隔離の定量はある程度 正確さを犠牲にしてシンプルなものになっている。これ 図 3．近縁なテントウムシの種内と種間における隔離障壁の進化の例。（A）H. diekei の種内ホストレース（リ ューカスレースとミカニアレース）、および（B）近縁種 H. niponica と H. yasutomii の間には、異なる 寄主植物への特殊化以外の隔離障壁はほとんど存在せず、この特殊化が強く同所的に種を隔てている。 一方、これらのペアよりも分岐が古い（C）H. vigintioctomaculata と H. pustulosa の間には完全な隔離障 壁はなく、複数の隔離の連合作用で種の境界が保たれている。

は生殖隔離が（1）生物グループや各生活史ステージ間で 多様であり、（2）その測定が個体群間での比較という形 になることが多いこと、そして（3）その研究が複数の生 物における比較を目的としたものであることによる。生 物の生態や繁殖様式はきわめて多様であるため、なるべ く汎用性の高い定量化を行おうとすると、必然的にシン プルな形にせざるを得ない。  生殖隔離の定量には大きく二つの目的があり、そのひ とつがこれまで述べてきたような、近縁種間で進化しや すい隔離障壁の記述であった。もう一つは、生殖隔離の 生物グループ内そしてグループ間での比較である。ここ では、このような比較研究が進化生態学においてどのよ うな役割を果たしてきたかについて概説する。  生殖隔離の定量は、まずグループ内においてどのよう な隔離障壁が種分化につながりやすいかを主眼として行 わ れ て き た（The Marie Currie SPECIATION Network 2012）。特に種分化の初期において、前述のショウジョウ バエでは、性的隔離と雑種生存不能、そして雑種不稔が 進化しやすい（Coyne and Orr 1989, 1997）。その他、淡水 魚では北米の淡水に生息する Percidae 科のダーターフィ ッシュにおいては、性的隔離と交配後隔離が早く進化す る傾向がある（Mendelson 2003）。寄主植物に依存する植 食性昆虫や寄生性の動物では、交配がその寄主上で起き ることが多いため、生息場所隔離がかなり早く進化する パターンが見られる（Funk et al. 2002；Berlocher and Feder 2002；Drès and Mallet 2002；Matsubayashi et al. 2010）。ま たこの際、寄主の違いとともに性的隔離が付随的に進化 するケースもしばしば見られる（Funk 1998；Emelianov et al. 2001；Malausa et al. 2005）。最近では、トゲウオの 5 つ の近縁種ペア間で 9 つの隔離障壁の強さを比較した研究 があり、交配前隔離（生息場所隔離と性的隔離）が交配 後隔離よりも早く進化すること、外因的隔離は内因的隔 離よりも強いが、種分化が完了するためには内因的な不 和合が不可欠であることなどが示された（Lackey and Boughman 2017）。複数の比較研究の結果、動物の種分化 初期においては一般的に交尾行動に関係する性的隔離が 他の隔離障壁に先駆けて進化しやすいことがわかってい る。ショウジョウバエやチョウ、淡水魚など、これまで 詳細に調査されたグループのほとんどで、性的隔離が検 出されている（Rundle and Nosil 2005；Funk et al. 2006； Funk and Nosil 2008；Matsubayashi et al. 2010）。交尾相手 選択がなぜ高頻度で進化するかについては複数の説明が 可能だが、有力な候補の一つとして、種間での有害な交 雑を防ぐために同所的な集団間で交配選択が進化する‘強 化’の可能性が挙げられる。また、個々の集団内で独自 に作用する性選択や性的コンフリクトを介して繁殖形質 の分化が起きることで、集団間に性的隔離が生じる理論 モデルも提唱されている（Gavrilets 2000）。このような性 選択は雌雄のランナウェイを通して、素早く集団を分化 させることになる（Gavrilets and Hayashi 2005）。同系交配 はこのようないくつかの要素が複合的に作用して進化す るものと考えられる。  虫媒の種子植物における比較研究では、送粉者隔離が 他の隔離障壁よりも早く進化しやすいことが示されてい る（Lowry et al. 2008）。送粉者にはジェネラリストも多い ため、送粉者隔離は他の隔離に比べてそれほど強くない ケ ー ス が ほ と ん ど だ が、 イ チ ジ ク - イ チ ジ ク コ バ チ （Weiblen 2002）やユッカ - ユッカガ（Pellmyr 2003）、コ ミカンソウ - ハナホソガ（Kato et al. 2003）のような絶対 送粉共生では、潜在的に強い送粉者隔離の存在が予想さ れる。実際にこれらのグループでは植物と送粉者の双方 に、その関係性の強さに対応した高い多様性が観察され る。送粉者隔離は多くの種間で観察されている隔離障壁 だが、単独で作用するよりも他の隔離障壁と一緒に働く ことが多い。植物の開花時期や開花時間は種ごとに厳密 に決まっていることが多く、これが特定の送粉者の活動 時間と密接に関係しているような場合には、時間的隔離 と送粉者隔離がセットになって進化することになる。ま た、生育場所の違いが送粉者相の違いに影響しているよ うな場合も多い。  交配後隔離としては、動植物を含む広い生物グループ で、雑種生存不能と雑種不稔が検出されてお り（Coyne

and Orr 1989、1997；Moyle et al. 2004；Mendelson et al. 2007；Lowry et al. 2008）、生物全体に共通する普遍的な隔 離障壁と言える。分化しつつある種間では、種分化が進 むにつれて遺伝子交流の減少と自然選択、および突然変 異によって、遺伝的な相違が蓄積してゆく。それぞれの種 内では、異なる形で調和のとれた遺伝子のセットが出来上 がっているため、遺伝的に相違のある種が交雑すると、雑 種の生存率や繁殖成功度が下がることになる。これはドブ ジャンスキー・マラー型不和合と呼ばれ、雑種で起きる不 和合の原因となっている（詳しくは松林・藤山 2016 の図 4 を参照）。  グループ間の比較としては、だまし送粉を行うランに おいて、花蜜を出す花に擬態する‘食物擬態’のグルー プと、送粉者である昆虫の雌に擬態する‘性的擬態’の グループで生殖隔離を比べた研究例がある（Scopece et al. 2007）。性的擬態のグループにおいては、交配前隔離（送

粉者隔離）がもっとも強い障壁であり、食物擬態のグル ープでは複数の交配後隔離が強く作用していた。これは 性的擬態のグループが、より専門的な送粉者を獲得して いることに起因しており、異なる繁殖戦略をとるグルー プ間では、種分化へ至るプロセスも異なっていることを 示唆している。  複数のグループを用いた大規模な比較としては、植物 と脊椎動物、無脊椎動物の 500 以上の種を対象として、 種間における生殖隔離と生態的な形質の分化（生態的分 化）の有意な関係性を検出した研究がある（Funk et al. 2006）。これは、環境への適応が生殖隔離の進化に関わっ ているという生態的種分化の予測を証明したものである。

これからの種分化研究における隔離評価の重要性

 種分化パターンの研究では、どのような隔離障壁が最 初に発達して分化を推し進めるのかが大きな興味の対象 となってきた。特に、近年注目されている生態的種分化 では、異なる環境への局所的適応によって種分化が進行 するという仮説の実験的検証を目的としている（Nosil 2012；松林・藤山 2016）。そのため、種間において最初 に進化する隔離障壁と、その分化要因となる自然選択を 特定することが必須であり、隔離障壁の測定と比較が決 定的に重要になる。生態的種分化はごく一般的な種分化 モードであると考えられているものの、それを検証でき るデータ、つまり種分化初期の種間で隔離障壁の評価が 行われているケースはそれほど多くなく、今後の事例の 蓄積が望まれる。  種分化の始まりについて注目する分野がある一方で、 種分化がどの時点でどのように完了するか、つまり自然 条件下で不可逆的に雑種ができない状態に至るか、とい う疑問もいまだに解消できていない。どのような種類の 隔離障壁があって、全体でどれぐらいの生殖隔離があれ ば種分化が完了するかについては、理論（Yamaguchi and Iwasa 2017；山口 2019）と比較研究（Nosil et al. 2017）が 行われているが、実証研究によるデータは大きく不足し ている。種分化がどのような要因で始まり、どのように 分化が進行して、いつどうやって完了するかを理解する には、多様な生態を持ち様々な分化の程度を示す多くの 近縁種間において、隔離障壁のデータを蓄積しなければ ならない。分子遺伝学を代表とする解析技術は近年で大 きく進展したが、生殖隔離の測定にはいまだに時間と手 間をかけた野外観察と飼育交配実験を必要とする。一部 のモデル生物で実験室内のデータを取るだけでなく、野 外で多様な生態を示す生物においても生殖隔離データを 積み重ねることこそが、多様性がどのように生まれるか という進化生物学上の大問題に答える唯一の手段である。

謝 辞

 本特集について、声をかけていただいた山口博士に御 礼申し上げる。また、有益なコメントを下さった査読者 および編集者の方々に感謝したい。出版にあたって、 JSPS 科学研究費補助金（科研費） 19K06790 の助成を受け た。

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