カレン・ワーケンティンは、背の高いオリーブグリーンのゴム長靴を履いて、コンクリートの土手に立っています。 -パナマの熱帯雨林の端にある裏地付きの池。彼女はまだ枝に付いている広い緑の葉を引っ張って、ゼリー状の卵の光沢のあるクラッチを指摘します。 「これらの人は孵化可能です」と彼女は言います。

アカメアマガエル、Agalychnis callidryasは、池の端;オタマジャクシが孵化すると水に落ちます。通常、卵は産卵後6〜7日で孵化します。ワーケンティンが指しているのは、サイズと形状から判断して、生後約5日です。彼女は言います。小さな体が透明なゲルで満たされた膜を通して見えます。顕微鏡下では、赤いハートが見えるだけです。

彼女は手を伸ばして池の水で手を濡らします。「彼らはしません。本当に孵化したいのですが、できます」と彼女は言います。彼女は葉を水の上に引き出し、卵の上でそっと指を動かします。

発芽！小さなオタマジャクシが発生します。それは葉の途中に着地し、けいれんして水に落ちます。 「それは私が見るのに飽き飽きするものではありません」とWarkentinは言います。

彼女の指をフリックするだけで、Warkentinは生物学を変えている現象を示しました。遺伝子を「青写真」として何十年も考えた後、コード化されたDNA鎖は、細胞に何をいつ行うかを正確に指示します。生物学者は、交絡する現実に同意し始めています。人生、一見単純に見える実体でさえ、カエルの卵は柔軟性があり、オプションがあります。5日ほどで、スケジュールどおりに成長する赤い目の木のカエルの卵は、攻撃するヘビからの振動を検出すると、突然別の経路をたどることができます。彼らは早く孵化し、運を試します。

卵の驚くべき反応性は、表現型可塑性と呼ばれる生物学の革新的な概念を象徴しています。表現型可塑性は、生物がその遺伝子を物理的特徴や行動に変換する際に示す柔軟性です。表現型はほとんどすべてのものです。その遺伝子以外の生物（科学者は遺伝子型と呼んでいます）。表現型の可塑性の概念は、遺伝子についての単純な因果関係の考え方に対する解毒剤として機能します。それは、遺伝子または遺伝子のセットがどのように与えることができるかを説明しようとします。生物がその環境で遭遇するものに部分的に依存して、複数の結果をもたらします。進化の研究は長い間遺伝子自体に集中していたので、科学者は「遺伝的に異なるために個体は異なる。しかし、そこにある多くの変動は環境の影響から来る」と仮定しているとWarkentinは言います。

家の植物が太陽の下で淡い葉を作り、空腹の魚から保護するために水ノミが棘を成長させるとき、それらは表現型の可塑性を示しています。さまざまな表現型を引き出します。自然か育成か。どちらもそうです。

この認識は、科学者が進化についてどのように考えるかに大きな影響を及ぼします。表現型の可塑性は、生物が環境の課題に意図的に適応するという重要なパズルの解決策を提供しますそして、これらのカエルの卵ほど生まれつきの柔軟性の驚くべき例はありません。時計仕掛けのように発達して孵化するように遺伝的にプログラムされたグーの盲目の塊です。

赤目dアマガエルの孵化は、20年前にワーケンティンがこの現象の研究を開始するずっと前から、空腹のヘビをかわしていました。 「人々は、卵がこの種の可塑性を示す可能性があるとは考えていませんでした」と、テキサス大学オースティン校の指導教官であるマイク・ライアンは言います。「彼女が博士号の論文を書いているとき、これは非常に明白でした。非常に豊かな分野であり、彼女は自分で発明したのです。」

ペッパーディン大学の生物学者であるカレン・マーティンも、孵化の可塑性を研究しています。 「ある種の脅威に対応してハッチングすることは非常に重要な洞察でした。彼女はその良い例を最初に持った人だったと思います」とマーティンは言います。彼女は、カエルの卵から大きな生物学の教訓を学ぶためのワーケンティンの継続的な努力を称賛します。 「先に進んで、他の動物を見てみましょう。」彼女はこのシステムを理解することに専念しました。」

ウォーケンティンの研究により、「生物が人生の非常に早い段階でさえ、課題にどのように反応するかについてより慎重に考えることができます」。パナマのガンボアにあるスミソニアン熱帯研究所（STRI、「str-eye」と発音）の進化生物学者兼所長であるエルドレッジバーミンガムは、ボストン大学の生物学教授であるワーケンティンがSTRIでフィールド調査を行っていると述べています。彼女が卵を孵化させる方法を教えてください。

濡れた葉から跳ね上がるオタマジャクシは、まだ腹に小さな卵黄があります。彼らはおそらくもう1日半食べる必要はないでしょう。ワーケンティンは、卵の中に頑固に隠れて、ほんの数人が残るまでこすり続けます。 「続けてください」と彼女は彼らに言います。「私はあなたを一人でここに残したくありません。」

最後のオタマジャクシは水に着陸します。マツモムシとして知られる略奪的な虫が水面で待っていますが、Warkentinはオタマジャクシをより悪い運命から救ったと言います。彼らの母親は、池の上に届かない葉の上に彼らを置いて、マークを逃していました。 「もし彼らが地面で孵化していたら、彼らはただのアリの餌になるでしょう。」

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ワルケンティンオンタリオ州で生まれ、6歳のときに家族がケニアに引っ越しました。彼女の父親はカナダ国際開発庁と協力して、新しく独立した国で教師を養成しました。彼女が熱帯生物学に興味を持ち、カメレオンで遊んだり、ナイロビの学校へのドライブでキリン、シマウマ、ガゼルを見たりしたのはそのときです。彼女の家族は数年後にカナダに戻りましたが、20歳で彼女はアフリカ中をヒッチハイクとバックパッキングに行きました。 「それは私の家族にとっては完全に合理的だと思われたことでした」と彼女は言います。

博士号を取得する前に、彼女はコスタリカに行き、熱帯についてさらに学び、研究トピックを探しました。アカメアマガエルの陸生卵が彼女の興味を引きました。彼女は同じ池を何度も訪れ、見ました。

「私は経験をしました。他の熱帯のヘルペトロジストが以前に経験したことがあり、おそらく経験しなかったと思います。」考えてみてください。後期クラッチを持っている場合、それらにぶつかると、孵化します」とWarkentin氏は言います。 「私はクラッチにぶつかりました、そして彼らは皆ベイルアウトしていました。」

彼女はまた池でヘビを見ました。「私が思ったのは、すごい、ヘビが彼らにぶつかったらどうなるのだろうか？ 」と彼女は言い、笑います。 「まるで、口で？」確かに、ヘビが現れてクラッチを攻撃し始めると、卵は早く孵化します。卵の中の胚は、ヘビと葉の他の振動の違いさえわかります。「これは、外出することです。フィールドと動物を見ています」と彼女は言います。コーネル大学の進化生態学者であるアヌラグ・アグラワルは、「彼らはあなたが時々予期していなかったことを教えてくれるでしょう。」

生物学者は、この種の柔軟性が進化論の研究の妨げになると考えていました。ワーケンティンがカリスマ的なカエルについて素晴らしい新しいことを記録したことはエキサイティングですが、アグラワルはそれ以上のものがあると言います。「彼女はそれを「ジーウィズ」を超えて、いくつかの概念的な質問をしたことで称賛されていると思います。生態学と進化論において。」

ある生存戦術が別の戦術よりも優れている点は何ですか？生後5日のカエルでさえ、空腹のヘビを避けることの利点と、早期に孵化するコストとのバランスを取る必要があります。そして実際、Warkentinと彼女の同僚は、特に空腹のトンボの幼虫がいる場合、孵化の早いオタマジャクシは孵化の遅いオタマジャクシよりも成虫になる可能性が低いことを記録しています。

カエルはその瞬間の課題に対処します。それは進化が起こるための時間を買うかもしれません。 Warkentinは、オタマジャクシも乾燥するリスクがある場合は早期に孵化することを発見しました。熱帯雨林が徐々に乾燥すると、そのような初期の孵化は数え切れないほどの世代の後に標準になり、カエルはその可塑性を失い、新しい急速に孵化する種に進化する可能性があります。

進化論的思考の中心の1つは生物のDNAのランダムな遺伝子変異は、課題に適応するための鍵です。偶然に、遺伝子の配列が変化し、新しい形質が出現し、生物はその変化したDNAを次世代に受け渡し、最終的には異なるものを生み出します。種。したがって、数千万年前、一部の陸棲哺乳類は、海洋での生活に適応する突然変異を獲得しました。その子孫は、私たちが知っていて愛しているクジラです。しかし、可塑性には別の可能性があります。新しい形質を表面化するために遺伝子自体を変異させる必要はありません。代わりに、環境内の何かが、すでにその遺伝子にある変化を利用することによって、変化を起こすように生物を動かすことができます。

確かに、可塑性が実際に新しい特性を生み出す可能性があるという理論は物議を醸しています。その主な支持者は、STRIと提携し、影響力のある2003年の著書 『Developmental Plasticity and Evolution』の著者であるコスタリカの先駆的な理論生物学者であるメアリージェーンウェストエバハルトです。 「20世紀は遺伝子の世紀と呼ばれています。21世紀は環境の世紀になることを約束します。」とウェストエバハルトは言います。彼女は、突然変異中心の思考は「否定における進化論」であると言います。遺伝子が存在することすら知らなかったダーウィンは、それが正しかったと彼女は言います。彼は、環境の影響のために新しい形質が生じる可能性を開いたままにしました。

West-Eberhardは、Warkentinのグループは、「環境に対する絶妙な感度に基づいて適応的な決定を下す小さな胚の驚くべき能力を実証した」と述べています。ウェストエバハルトは、この種の変化は「集団間の進化的多様化につながる可能性がある」と述べています。

可塑性がどのように新規性をもたらすかについてのウェストエバハルトの理論に誰もが同意するわけではありませんが、多くの科学者は今では表現型の可塑性は、生物がさまざまな環境に住んでいるときに現れます。可塑性により、植物や動物は、種子が島に吹き飛ばされるときなど、まったく新しい環境に捨てられたときに調整する時間が与えられる場合があります。温度と光の要件にそれほどこだわりのない種子は、新しい場所でうまくいく可能性があり、適応突然変異が起こるのを待つ必要がないかもしれません。

また、多くの科学者は可塑性を考えています生物がそれらに完全にコミットすることなく新しい表現型を試すのを助けるかもしれません。たとえば、初期の孵化。カエルの種類によって、孵化したときの成長の仕方が大きく異なります。尻尾がずんぐりしていて、ほとんど泳げない人もいます。他の動物は完全に形成された四肢の動物です。 「どうやってそのような進化したバリエーションを手に入れるのですか？」ワーケンティンは、「孵化時の可塑性はそれに関与しているのだろうか？わかりませんが、それはかなり可能です。」

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ガンボアの町は、1934年から1943年の間にパナマ運河会社は、1979年にパナマに引き渡されるまで運河を管理していた米国政府機関です。熱帯雨林の端にあるガンボアは、一部はゴーストタウン、一部はパナマシティのベッドタウン、一部は科学的なサマーキャンプです。かなりの数の居住者がSTRIの科学者やスタッフです。

私が訪問したとき、Warkentinのチームには、彼女が「子供」と呼んでいる数人の学部生を含め、最大12人がいました。ある朝、ハイソックスのゴム長靴、バックパック、帽子をかぶった元気そうな若者たちが、ウォーケンティンの研究室を出発し、テニスコートを通り過ぎて学校の裏側を横切って歩きます。

ジェームズ・ヴォネッシュ教授ワーケンティンとポスドクを務め、現在も彼女と協力しているバージニアコモンウェルス大学は、カナルゾーン時代から引き継がれた町での彼のお気に入りの看板「ネッキングなし」を指摘しています。現在は地元の消防士のスポーツクラブの一部となっている古いスイミングプールのスタンドの正面に描かれています。それから彼は子供たちの一人に「ネッキング」の意味を説明します。

彼らは道を歩いて在来植物の苗床に入り、歩道橋の溝を渡って実験池に到着します。それはコンクリートでできていました。 2005年に亡くなったSTRIの尊敬されるカエルの研究者であるWarkentinとStanRandによって提供された仕様に準拠しています。

池の向こう側にはグループの研究エリアがあり、片側の溝と小川に囲まれています。実験で使用された数十の100ガロンの牛のタンクに囲まれた、側面が開いた金属屋根の小屋があります。それらは、非常に大きな漏れの配列を捕らえるために設置されたバケツのように見えます。Voneshは配管について話します。 「3、4分で牛の水槽に水を入れることができる！」と思われる以上の熱意を持ったシステム。彼は叫びます。

そのすべての速い充填は、研究者が他の水生生態学者が夢見ることしかできない迅速な実験を行うことができることを意味します。今日、彼らは捕食に関する実験を解体しています。 4日前、オタマジャクシを食べるコオイムシの一種であるコバネゴキブリと一緒に、25のタンクのそれぞれに47匹のオタマジャクシが入れられました。今日、彼らはオタマジャクシを数えて、ベロストマチドが何匹食べたかを調べます。

巨大な青いモルフォ蝶が飛び交い、その虹色の羽が緑豊かな森に電気青の衝撃的な水しぶきを上げます。 「彼らは、同じ時間に同じ場所にやってくるのです」とWarkentin氏は言います。

「毎朝それを目にすることを誓います」とVonesh氏は言います。

」ウォーケンティンは9:15の形態です」と語ります。

ウォーケンティンは、今日終了している実験について説明します。「捕食者は明らかに獲物を殺し、獲物を怖がらせることもわかっています」と彼女は言います。新しい孵化したオタマジャクシが池に落ちるとき、アメンボは彼らが直面する脅威の1つです。オタマジャクシの可塑性は、バグを検出して何らかの形で反応することができれば、食べられないようにするのに役立つ可能性があります。

生態学者は、捕食者がどれだけの獲物を食べることができるかを説明する数式を開発しました。エレガントなグラフは、人口は、一方が他方を食べるにつれて増減します。しかし、自然界では実際に何が起こっているのでしょうか。サイズは重要ですか？完全に成長したコオイムシは1日齢のオタマジャクシを何匹食べますか？古くて太ったオタマジャクシはいくついますか？ 「明らかに、小さなものは捕まえて食べて口にくっつくのが簡単だと思います。しかし、この種の基本的なモデルでさえ、実際にはそれを取り入れていません。」

オタマジャクシが何匹食べられたかを知るために、学部生、大学院生、教授、ポスドクは、カウントするために各タンクから最後のオタマジャクシをすべて取り出さなければなりません。Voneshは、透明なプラスチック製のドリンクカップを足で地面から拾い上げます。中にはオタマジャクシを食べていた水虫がいます。 「彼は大物だ」と彼は言う。彼はネットで水槽に手を伸ばし、オタマジャクシを一度に1つか2つ引き出して、浅いプラスチックの浴槽に入れます。

「準備はいいですか？」コスタリカ国立大学の大学院生であるRandallJimenezに尋ねます。

「準備はできています」とVoneshは言います。Jimenezが噴出する水の下に網を持っているので、Voneshはタンクを傾けます。男たちは網を見ています。ヴォネシュが逃したおたまじゃくしのために。 Voneshは尋ねます。 「いいえ」とヒメネスは言います。水が流出するのに約30秒かかります。ほとんどの研究者はヘビから身を守るために背の高いゴム長靴を履いていますが、地面が急速に泥に変わるので便利です。

ガロッシュの群れが草の中をさりげなくさまよっています。「彼らはおたまじゃくしを食べるのが好きです」とVoneshは言います。 「彼らはたむろしてミミズを探しているふりをするのが好きですが、あなたが背を向けるとすぐに彼らはあなたの浴槽にいます。」

Voneshはオタマジャクシの浴槽をWarkentinのある小屋に連れて行きます写真を撮ります。生徒は各写真のオタマジャクシを数えます。木から昆虫や鳥が歌います。金属製の屋根に何かが落ちます。金色の屋根に何かが落ちます。運河沿いを走る線路から貨物列車が笛を吹きます。ハウラーモンキーのグループ。木々から騒々しい反応を吠えます。

ワーケンティンのような科学者に、ガンボアは国際空港から車で約1時間のところに少し熱帯雨林を提供します。「ああ、なんてことだ。とても簡単です」と彼女は言います。 「それがどれほど素晴らしいかを理解しない危険があります。それは素晴らしい職場です。」

日中、象徴的な赤い目のカエルは飛び回っていません。あなたが何であるかを知っているなら。探していると、時折、淡い緑色のピルボックスのように葉にしがみついている成人男性を見つけることができます。足を折りたたんで、水の損失を最小限に抑えるために肘を脇に押し込んでいます。モスクの彫刻が施された木製の窓スクリーンのようにパターン化された膜が各目を覆っています。

実際の行動は夜なので、ある夜、ワルケンティン、ボネシュ、そして何人かのゲストが池を訪れてカエルを探します。鳥、昆虫、猿は静かですが、両生類の鳴き声ときしみが空気を満たします。1つのカエルの呼びかけはクリアで大音量の「ノックノック！」もう1つは、ビデオゲームの光線銃のように聞こえます。森は夜にもっと荒々しく感じます。

小屋の近くで、オスのアカメアマガエルが広い葉の茎にしがみついています。小さなオレンジ色のつま先が広がり、彼は複数のヘッドランプの光の中で彼の白い腹と広い赤い目を示しています。 「彼らはこれらのフォトジェニックな姿勢を持っています」とWarkentinは言います。「そして彼らはただそこに座ってあなたに写真を撮らせます。彼らは逃げません。一部のカエルは、とても緊張しています。」アカメアマガエルが有名になったのはそのためかもしれません。その写真は非常に多くのカレンダーに掲載されており、他のカエルよりも写真を撮るのが簡単です。彼女は私を訂正します：「彼らはかわいいです。」

科学者たちは、現代のカエルの祖先はすべて水に卵を産んだと考えています。おそらく、アカメアマガエル自体がその葉を産む習慣を進化させた可能性があります。表現型の可塑性の結果。恐らく、祖先は、危険な環境に対処するためのプラスチックの方法である水生捕食者から逃れるために、本当に雨の日だけ、水から卵を産むことに手を出しました。そして、その特性はその子孫に受け継がれました。 、最終的には水に卵を産む能力をまったく失いました。

それがどのように起こったかは誰にもわかりません。「それは非常に昔のことであり、もはやそのような種類の実験には適していません」とWarkentin氏は言います。 。

しかし、別の種類のカエル（水と陸の間の移行をまだナビゲートしている可能性があるもの）に関する興味深い実験が進行中です。 Warkentin’sの元博士課程の学生であるJustin Touchonは、アカメアマガエルよりもゼリーが少なく、乾燥しやすい砂時計のアマガエル、Dendropsophusebraccatusがどのように卵を産むかを研究しています。雌の砂時計アマガエルは、湿気に基づいて産卵場所を選択しているようです。 Touchonは、木陰の池では水面上の葉に卵を産むが、より高温で露出度の高い池では卵が水中に入ると発見した。

先月発表された研究では、彼は雨が多い場合は卵が陸上で生き残る可能性が高く、降雨量が少ない場合は水中で生き残る可能性が高いことがわかりました。彼はまた、過去39年間のガンボアの降雨記録を調べ、全体的な降雨量は変化していませんが、パターンは次のとおりであることを発見しました。嵐はより大きく、より散発的です。その環境の変化は、砂時計のアマガエルの繁殖方法に変化をもたらす可能性があります。 「それは、陸地での繁殖運動が起こった原因についての窓を与えてくれます」とTouchonは言います。気候が変わり、安定した雨がたくさん降るようになったため、カエルが水から卵を産むのがより安全になったかもしれません。

Warkentinのグループは、1980年代に閉鎖されたガンボア小学校の1階に基づいています。ある朝、Warkentinは、引退したオフィスの机でほこりっぽい腕を持った古代の回転椅子に座って、小学校のように見えます。クラフトプロジェクト。

彼女の左側の床には、内側にダクトテープで留められた緑色の長方形の列が付いた白いバケツがあります。 彼女は手を伸ばして1つを引き出します。 実験用の池で広葉樹の1つからはさみで切り取った葉で、その上にゼラチン状のアカメアマガエルの卵のクラッチがあります。 彼女はテープのストリップをはがし、プラスチックのピクニックプレートから切り取った青いプラスチックの長方形に葉を貼り付けます。

「使い捨ての食器、ダクトテープ、亜鉛メッキを使用すると、驚くほど多くの科学を行うことができます。 ワイヤー」と彼女は言います。

彼女はカードを透明なプラスチックのコップに立て、底に少量の水を入れます。そこでは、おたまじゃくしが孵化すると落下し、次の葉に進みます。 おたまじゃくしは新しい捕食実験の一部になります。

単純なモデルには大きな説明的価値がありますが、彼女は自然が実際にどのように機能するかを理解したいと考えています。「私たちは本当のことに取り組んでいます」と彼女は言います。 「そして現実はもっと複雑です。」