表現型適応の解明: 脊椎動物における薄暗い光での視覚タンパク質の分子解析

脊椎動物の祖先は均一な浅い水環境に出現しましたが、現代の種は非常に変動の激しいニッチで繁栄しています。現代の動物が示す驚くべき多様な表現型は、一連の選択的に優位な変異の蓄積によって進化したと考えられています。しかし、分子レベルでのそのような適応イベントの実験的検証は非常に困難です。一つの検証可能な表現型である薄暗い光での視覚は、ロドプシンによって媒介されています。ここでは、11の祖先のロドプシンを設計し、初期の祖先においては光を最大限に吸収することが500 nmであったことを示しました。この結果から、現代のロドプシンは少なくとも18回の別々の機会において、480–525 nmの可変的なλ(max)を持つように進化しました。これらの非常に環境特異的な適応は主に12カ所でのアミノ酸置換によって発生し、残りの191カ所（約94%）の多くは中立的な進化を経ています。これらの結果と一般的に使用される最小限法およびベイズ法によって推測された結果を比較すると、正の選択に関する統計的テストは実験的な支持なしには誤解を招く可能性があることが示され、ロドプシンにおけるスペクトルチューニングの分子基盤は祖先の色素を用いた突然変異解析によって解明されるべきであることが示されます。