DEFINING EVO DEVO
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Cliff Tabin: 進化発生生物学、つまり「エボデボ」という言葉は、多くのものを包含する広い言葉です。 そして、人によってこの言葉の使い方が微妙に違いますし、何が面白いのかも科学者によって違います。
私の場合は、まず発生学的な側面から見ていきます。 発生生物学の革命、そして生物科学全体の革命によって、遺伝子が胚をどのように形成するのか、そもそもなぜ手足ができるのか、そしてなぜ腕と脚は違うのか、なぜ真ん中の管から始まる心臓は右ではなく左に折れるのか、実際に理解し始めることができるところまで来ました。
私たちは、手足を作る方法だけでなく、手足がコウモリの羽や人間の手やヒレといった形に変化する、実際には微妙な方法でプロセスを変更できることを理解できるところまで来ているのです。
ですから、私にとって Evo Devo の基本的な側面は、進化の過程で発生がどのように調整されるかを理解することです。
進化論における重要な発見の1つは、人間の遺伝子が他のすべての動物の遺伝子とどれだけ似ているかということですね？
そうです。 私が科学に携わってきた中で最も驚いたことの1つは、ミバエと人間のように異なる動物を作るのに関与している遺伝子が、根本的には同じ遺伝子であるということを発見したことです。 例えば、20年前にこのようなことを考えたときには、ミバエを作る遺伝子には羽を作る命令が含まれており、人間には必要のない遺伝子であると考えざるを得なかったのです。 逆に、人間の手足や心臓を作るための遺伝子は、ハエには決してないものだと考えていたのです。
組織が出現するのを見るのは、最も美しいプロセスです。
今になってみると、もちろん、ハエもヒトも動物であることに気づきます。 私たちには共通の祖先がいたのです。 それは何の変哲もない小さな虫のようなものだったかもしれませんが、その小さな虫のようなものは、頭と尻尾、腸と心臓を区別する一連の遺伝子をすでに持っていたのです。 その虫がハエに進化したり、最終的に人間に進化したりするために、それらの遺伝子は異なる方法で、異なる組み合わせで、異なるタイミングで使われました。 そして、その祖先の遺伝子セットは、現在私たちが地球上で目にする多様な形態の動物を生み出すための材料を提供するほど強力で多用途なものだったのです。 これは誰も予想していなかったことで、さまざまな生物の研究が非常に奥深いものになりました。 というのも、ハエとヒトがどれほど違っていても、またどれほど昔に分岐したかに関わらず、私たちは基本的に同じ遺伝子を使って、胚の中で組織を出現させるという同じことを行っているからです。
そして、あなたや他の生物学者は、それが起こるとは思わなかったでしょう。
私はそうならないことに何でも賭けたでしょう。 ハエを作るのに関わる遺伝子と人間を作るのに関わる遺伝子は違うと思っていただろう。 また、人間を作るには、そのツールキットの中でより多くの基本的な遺伝子が必要だとも思っていたでしょう。 心臓形成の引き金となる遺伝子は、骨を作るのに使う遺伝子とはまったく異なるものであり、胚の表側と裏側を作るのに使う遺伝子とはまったく異なるものである、などと考えたことでしょう。
ALL ABOUT THE EMBRYO
私たちが皆、共通の遺伝子セットを共有しているという事実は、胚の段階で容易に明らかになりますね？ 発生のごく初期には、どの動物もほとんど同じような姿をしています。 1800年代から議論されていることの1つは、異なる脊椎動物の胚を見ると、それが魚、サンショウウオ、カエル、鶏、マウス、人間であろうと、初期の段階では非常によく似ているということです。 実際、ほとんど見分けがつかないような段階を経ているのである。 もちろん、専門家が顕微鏡でじっくり観察すれば、ほとんど最初から違いがわかる。 しかし、初期の段階での類似性には、本当に目を見張るものがあります。
私がそう考える理由の1つは、足を正しい位置につける、頭を胴体と区別する、といった初期の段階は、主要分子が作用できる範囲によって決まる一定のスケールで、非常に基本的なことが行われる必要があるためです。 ですから、イルカでもヒトでもサルでも、同じような大きさになった時点で、同じようなプロセスが起こっているのです。 そして、その後に違いを精巧に再現するのです。
どのような動物でも、発生中の胚のタイムラプスを見ると驚かされます。
私の分野の素晴らしい点の1つは、胚の成長を観察する機会があることです。 コマ撮り写真であれ、顕微鏡で時間をかけて見るのであれ、組織が出現するのを見るのは最も美しいプロセスです。 それが起こるのを見るのは驚くほど美しく、プロセス全体が根本的に美しいので、美学と論理の組み合わせはただ圧倒されるばかりです。
さて、技術が進歩し、発生に関する知識が増えるにつれて、自然界で多様性を与えるために発生上の指示に手を加える方法を理解しようと考えることが現実的になってきたのです。 というのも、動物によってさまざまな違いがあり、何が起こっているのかを見極めるのが難しいからです。 私たちは、非常に近縁の動物で、理想的には、種間で非常に重要な形で異なるたった1つの構造を持っている動物を見たいと思いました。
ガラパゴスのダーウィンフィンチはその素晴らしい例と言えるでしょう。 基本的には同じ生物である鳥ですが、くちばしの形がまったく違うのです。 そのくちばしの形状の多様性によって、非常に異なったライフスタイルを持つことができたのです。 くちばしは基本的に重要な構造で、生態学的な重要性が高いのですが、これらの異なるフィンチ種は、100万年前には一つの鳥類にすぎませんでした。
私たちが研究を行う前は、異なる形状のくちばしを作るのに、まったく異なる遺伝子が関与している可能性がありました。 遺伝子がどのように発生を制御するかについて私たちが知っていることから、その可能性は高いとは思いませんでしたが、可能性はあったのです。 つまり、鋭く尖ったくちばしを作るのにも、大きく広がったナッツ割りのようなくちばしを作るのにも、同じ遺伝子が関与しているのです。 違いは、遺伝子をどれだけオンにするか、いつオンにするか、いつオフにするか、つまり制御の微妙な違いなのです。
自然番組を見なくても、地球上の生命の多様性には驚かされます。
私たちは現在、後肢（脚）でオンになる特定の遺伝子があり、前肢（腕）ではオンになっていないことを知っています。 この遺伝子がオンになると、初期の四肢の芽は、より脚の特徴を持つようになります。 他にも、肢芽の初期段階で前肢や腕にしか存在しない遺伝子もあります。 つまり、根本的には、腕と脚の違いは、初期の四肢芽の中の遺伝子の違いにまでさかのぼることができるのです。
私たちは手足を当たり前のように使っていますが、昔、魚のヒレから手足が進化したことは、大きな飛躍でしたね。 これは、浅瀬に住んでいた魚が、浅瀬で自分を操作することを覚えたときに起こったことです。 この魚が行ったことは、回転できる構造を開発し、互いに独立して相対的に移動できるセグメントを持ち、その末端が指になるというもので、この魚に泥の中を移動する素晴らしい能力を与えたのです。 3158>
「上肢に1つの骨、下肢に2つの骨、ねじれる手首、5本以下の一連の指」という基本的な肢の計画は、さまざまな肢の形態を生みだしました。 ここではサンショウウオの四肢を紹介する。
Photo credit: 上肢の骨、下肢の骨2本、ねじれる手首、5本かそれ以下の指という基本プランが、空を飛ぶコウモリの翼、海を泳いで進むイルカの足ひれ、物をつかんだりピアノを弾いたりする手、掘るモグラの肢など、あらゆるものを作り出すために精巧に作られたことがわかる。 手足の使い方に大きな違いがあることで、その後の動物たち-両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類-は、並外れた多様なライフスタイルへと発展していきました。
AN EVOLUTION REVOLUTION
エボデボの分野は本当に爆発していますね
とにかくすごいですよ。 何よりこのハイペースは予想外だと思います。 理解という点では、いずれ今のような状態になることは予想していたと思いますが、これほど早くそうなるとは思ってもいませんでした。 ゲノム全体の配列決定を可能にした配列決定革命、膨大な量の情報を同時に扱い、物事を分類する技術など、技術的な革命がありました。 私が研究を始めた頃と比べると、信じられないほど簡単かつ迅速に研究ができるようになりました。
どのように追いついたのですか。
知識がこれほど速く移動すると、追いつくのは非常に困難です。 でも、自分が一番興味のあることについて行けばいいのです。 私が生物学を始めたころは、分子生物学の全分野を読みましたが、当時は今と比べると、研究されていることが少なかったからです。 2、3誌読めば、細胞生物学、生理学、免疫学、発生生物学、がん生物学につい て、基本的にフォローすることができたのです。 しかし、今は発生生物学や進化生物学にさえついていけません。 分野を選び、トピックを選び、質問を選び、基本的には自分が最もエキサイテ ィングなものを追っていくのです。
Cliff Tabin氏はハーバード大学医学部の発生・進化生物学者です。
Photo credit: © Graham Gordon Ramsay
そしてエボ・デボによって明らかになる生命の多様性に、あなたは本当に興奮するのではないでしょうか。
自然番組を見なくても、地球上の生命の多様性に頭が下がりましたね。 家で散歩するだけでもいいんです。 鳥やリスや犬を見ることができます。 家に帰れば、子供を抱きしめることができる。 そんな当たり前のことが、当たり前にできるのです。 しかし、一歩引いて見てみると、鳥が飛ぶ姿は素晴らしく、リスが木を駆け上がる姿は完璧に適応しているなど、とにかく素晴らしい世界なのです。 科学的な観点から見て、この歴史の中で驚くべきことは、私たちがその多様性を理解できるようになることで、さらに興奮が増すことです。 それは、神秘的なものではありません。 より不思議なものになるのです。
AN EVOLUTION REVOLUTION
エボデボの分野は本当に爆発していますね
とにかくすごいですよ。 何よりこのハイペースは予想外だと思います。 理解という点では、いずれ今のような状態になることは予想していたと思いますが、これほど早くそうなるとは思ってもいませんでした。 ゲノム全体の配列決定を可能にした配列決定革命、膨大な量の情報を同時に扱い、物事を分類する技術など、技術的な革命がありました。 私が研究を始めた頃と比べると、信じられないほど簡単かつ迅速に研究ができるようになりました。
どのように追いついたのですか。
知識がこれほど速く移動すると、追いつくのは非常に困難です。 でも、自分が一番興味のあることについて行けばいいのです。 私が生物学を始めたころは、分子生物学の全分野を読みましたが、当時は今と比べると、研究されていることが少なかったからです。 2、3誌読めば、細胞生物学、生理学、免疫学、発生生物学、がん生物学につい て、基本的にフォローすることができたのです。 しかし、今は発生生物学や進化生物学にさえついていけません。 分野を選び、トピックを選び、質問を選び、基本的には自分が最もエキサイテ ィングなものを追っていくのです。
そしてエボ・デボによって明らかになる生命の多様性に、あなたは本当に興奮するのではないでしょうか。
自然番組を見なくても、地球上の生命の多様性に頭が下がりましたね。 家で散歩するだけでもいいんです。 鳥やリスや犬を見ることができます。 家に帰れば、子供を抱きしめることができる。 そんな当たり前のことが、当たり前にできるのです。 しかし、一歩引いて見てみると、鳥が飛ぶ姿は素晴らしく、リスが木を駆け上がる姿は完璧に適応しているなど、とにかく素晴らしい世界なのです。 科学的な観点から見て、この歴史の中で驚くべきことは、私たちがその多様性を理解できるようになることで、さらに興奮が増すことです。 それは、神秘的なものではありません。 より不思議なものになるのです。