2008年12月25日木曜日

2_74 DNAの解読:マンモス5

 今年のエッセイも、今回が最後となります。マンモスシリーズも、今回が最後です。マンモスのDNAの解読からわかったことを見ていきましょう。

 アメリカとロシアの研究グループが、マンモスのDNAを大部分を解読したと、Natureという科学雑誌の11月20日号に発表しました。今回の報告では、2頭のマンモスの毛の細胞から、核の中のDNAが採取され分析されました。以前にマンモスの毛から採取したミトコンドリアのDNAを解読したという研究はありましたが、細胞の核の中のDNAの解読は、今回が初めてのことでした。
 マンモスのDNAの分析に用いる素材として、毛を用いたことが、DNAの破損や他のDNAの汚染を回避する決め手になったようです。その理由は、マンモスの毛は、プラスチックのようなもので、細胞の入れ物として非常に頑丈なようです。そのような頑丈の入れものに入っている毛の細胞は、分解することなく、他の生物の細胞によって汚染されることからも保護されていたようです。
 さて、解読されたマンモスのDNAを見てみていきましょう。
 マンモスのDNAは約40億対の塩基から構成されていました。このようなDNAのサイズは、現生のアフリカゾウでも見られる特徴と同じでした。今までもいわれてきたのですが、現生のゾウとケナガマンモスは、DNAレベルで非常に似ています。ヒトとチンパンジーが似ているといわれていますが、その違いは1.24%なのに対し、ゾウとマンモスの違いは0.6%となり、その類似性がわかります。
 2個体のマンモスのDNAを比べると、遺伝子の多様性が非常に乏しいことがわかってきました。たった2頭のデータから結論を下すのは少々危険な気がしますが、もしこれが全マンモスの特徴を現しているとすると、ある重要な推定ができます。
 遺伝子における多様性の大小と、その種全体のもっている環境変化への適応性の大小が、対応する可能性があるからです。もし、この推定が正しければ、マンモスの絶滅が、遺伝子の多様性の少なさに由来するかもしれません。
 遺伝子の多様性が大きければ、もしなんあらかの環境異変が起きたとすると、その異変に対処できた遺伝子を持つ個体が生き延びて、なんとか種を維持していくことができます。ところが、遺伝子の多様性が小さい種は、病気や環境変化などに対して弱く、一気に絶滅してしまう危険性を秘めていることを意味します。
 前に紹介したように、マンモスの絶滅の時期は、氷河期が終わって暖かくなっていくという気候変動が起こった時代であります。一般的に考えれば、マンモスのような草食動物には、草がいっぱい生えて棲みよい環境に変わっていったはずです。マンモスは繁栄してもいいはずなのに、なぜか絶滅しました。だから、環境変化ではなく、別の原因で絶滅したのではと、今まで考えられていました。
 しかし、今回の報告で、遺伝子の多様性の乏しいことがわかったので、環境変化によって、たとえば植生の変化や病原菌の発生などが起これば、マンモスはすぐに絶滅する危険性をはらんでいたことになったのです。
 遺伝子の多様性が大きいということは、異端も含むことになります。平時には、異端は種にとって波乱を起こし、ありがたくないことも存在かもしれません。しかし緊急時にこそ、そのような異端が種の継続に重要な役割を果たす可能性もあります。そのような異端や多様性のなさが、マンモスを絶滅に追いやったのかもしれないのです。つまり、マンモスの純血さゆえに、滅びさったのかもしれません。

・ほぼすべて・
前回、マンモスの全DNAを解読したと紹介しましたが、
私の勘違いで、ほぼすべてのDNAの解読の間違いでした。
全DNAの内、5分の1ほどは、まだ解読されていませんが、
あと数回の装置によるスキャンをおこなえば、
数年後には解読されるはずだとされています。
しかし、絶滅種の核のDNAが解読されたのは、
今回が初めてのことでした。
これは十分、意義のあることです。
他の絶滅種でも、適切な素材さえあれば、
DNAの解読ができることが証明されたのです。

・DNAとゲノム・
本エッセイではDNAという言葉を使いましたが、
ゲノムという言葉が使われることがあります。
DNAは核やミトコンドリアなどにある塩基の対から構成されるものです。
DNAは、4種の塩基ができていますが、
その3種の組み合わせで遺伝情報が書かれています。
その遺伝情報が発現すると何らかの形質を生みます。
もちろん遺伝情報は、複製可能です。
このようなDNAの中で意味を持つ遺伝情報が
遺伝子と呼ばれています。
ゲノムとは、DNAに記録されている遺伝子全体のことです。
DNAとゲノムが混在すると、呼んでいて混乱するので、
本文では、ゲノムではなくDNAに統一して書きました。

・来年は・
今年は、夏から秋にかけて、体調不良でした。
11月あたりから体調は戻ってきたのですが、
ぱっとしない一年だったような気がしました。
いまさら、それを悔やんでも仕方がないのですが、
来年こそは、体調に気をつけて過ごしていこうと思っています。
今回が今年最後のエッセイです。
よいお年をお迎えください。

2008年12月18日木曜日

2_73 昔の生物のDNA:マンモス4

 Natureという科学雑誌にマンモスのほぼ全遺伝子配列が解読されたという論文が発表されました。それがニュースとして、いくつかのマスコミに取り上げられました。そのニュースの意味を探っていきましょう。

 今年になってマンモスのDNAが解読されました。解読には、シベリアから発見された氷漬けのマンモス2体から得られた毛を用いられました。これが、マンモスでは最初のほぼ全遺伝子配列、つまり大部分の全DNAの解読でした。今まで、マンモスの氷漬けは、いっぱい見つかっているのに、いまごろ解読されたのかと思われる方もいるかも知れません。しかし、実は古い時代の生物のDNAの解読は、なかなか難しいのです。その理由は、DNAの保存と技術的問題、そして汚染問題があるためです。
 DNAの保存の問題とは、DNAは長期保存に適さないということです。DNAは細胞の中にありますから、死んだ細胞ではDNAは通常破損される(酸化してくずれる)か、他の生物に食べられてしまいます。DNAが保存される可能性は、時間がたてばたつほど、古くなればなるほど、少なくなります。まして、全DNAの保存されることは、非常に難しくなります。古い時代のものは、特殊な条件でない限り、保存はされません。特殊な条件とは、外気と遮断された状態で、長期保存可能なものです。樹脂詰め(コハクの中に封じ込められたもの)やタール漬け、氷漬けなどです。このような条件にあったとしても、長期になるとDNAは分断されて、情報は消えていきます。ですから、何1000万年前、何億年前の生物の全てのDNAの解読は不可能となります。
 技術的問題とは、DNAの情報は膨大で、その解読には時間も機材、そして費用がかかります。ヒトのDNAも大変でしたが、おおまかな配列は2001年前半になんとか解読されました。そのスピードは日進月歩で進み、予想以上に早く読み終わることができました。それは、超並列合成DNA配列解読という技術の進歩があったからです。このようにヒトに限らず、遺伝子(ゲノム)情報を体系的に取り扱う研究分野を、ゲノミックスと呼ばれます。
 ヒトの全DNAを解読するのに、一人のヒトのDNAを世界中の研究者が協力してやっと読み取ったのです。ところが、技術にさらに進み、個人のゲノムが読める時代になりました。アジア人とアフリカ人のある個人のDNAが解読されたという報告が、Natureの11月6日号の個人ゲノム特集で報告されました。つまり、いまや個人ゲノミックス(Personal Genomics)の時代に入りつつあります。短時間にヒトのような長い全DNAを解読できるようになったのです。その技術が、マンモスなどの過去の生物に導入されるようになってきたのです。
 もう一つの汚染の問題は、DNAが混入するという問題です。死んだ生物の体(DNAを含めて)は、土壌生物や微生物が餌として利用します。その結果、地上は死体であふれることなく、生物は分解され地表はきれいになっていくという効用があります。しかし、過去の生物では、たとえDNAが残っていたとしても、現生生物の汚染がどうしても起こることになります。
 今回、そのような問題をすべてクリアして、2体のマンモスのDNAが解読されました。その内容は、次回としましょう。

・コハク・
コハクは宝石ではないのですが、
飾り石として、宝石に準じる価値があります。
透明感のある暖かい色合いは、
それなりの美しさがあります。
虫入りのコハクは、あまり気持ちいいのいいものではありませんから、
価値がありませんでした。
コハクの中の虫やDNAが有名になったのは、
スチルバーク監督の映画「ジュラシックパーク」によってでした。
その後、なんと虫入りコハクの価値が出てきたのです。
むしろ何も入っていない透明のコハクより
高いものすらありました。
装飾品は、需要と供給によってその価値が決まります。
普通の製品のように、原価と利益から決まるのではなく、
付加価値が価格を決めていくのです。

・慌しい年末・
いよいよ大学の今年の授業も終わり冬休みとなります。
実際には、来週も講義がある週なのですが、
振り替え、補講の時間に割り当てられていて、
私の担当する講義は、今日で終わりとなります。
ですから、一息つける気分です。
ただし、来年7日から講義が始まるのですが、
その1講目に私の講義があります。
印刷物をたくさん使う講義なので、
今年中に印刷原稿を用意して頼んでおかなければなりません。
それに今週末から母がきます。
その相手で大学には25日まででられません。
ということで、年末まで忙しい日々が続きそうです。

2008年12月11日木曜日

2_72 絶滅の原因:マンモス3

 マンモスのシリーズでは、マンモスの最新情報を数回にわたって紹介しようと考えています。しかし、そもそもマンモスとは、どのような生物なのでしょうか。そしていつごろまで生きていて、どうして絶滅したのでしょうか。

 マンモスをだれもが知っているかのように、このシリーズを書き始めましたが、でも、本当にマンモスのことを、よく知っているのでしょうか。
 マンモスは、今、生きているゾウとは、違う種類のものです。分類学上、ゾウには、アジアゾウ属、アフリカゾウ属、マンモス属の3つの属があります。アジアゾウ属で現在生きているのはアジアゾウ1種だけで、アフリカゾウ属はアフリカゾウとマルミミゾウの2種がいます。一方、マンモス属は、すべて絶滅した種(10種ほどある)ばかりで、マンモスはその総称となりす。
 北アメリカには、コロンビアマンモス、インペリアルマンモスがいて、ヨーロッパ(イギリス・ドイツ)には、史上最大のステップマンモスがいました。そして、シベリア、ヨーロッパ、北アメリカ、日本など広い地域に中型のケナガマンモス(ウーリーマンモス)がありました。
 ケナガマンモスは、30~60万年前に生息したステップマンモスの直系の子孫だと考えられています。ケナガマンモスが、私たちが一般的に想像しているマンモスのイメージになります。シベリアで氷漬けなって見つかるリューバなどは、ケナガマンモスいなります。寒い地域の大型のマンモスというイメージは、インペリアルマンモスやステップマンモスなどの大型のものと、ケナガマンモスが混在したものです。
 マンモスは、1万年前ころには絶滅していますが、その時期や、原因もまだ定まっていません。
 コロンビアマンモスが、最後まで生存していたマンモスいう考えや、一説には3700年前(B.C.1700年)頃に、東シベリアの沖合にある北極海のウランゲリ島で狩猟された体高約1mほどの小型のコビトマンモスが、最後の記録とされています。しかし、まだそれも定説とはなっていません。
 マンモス絶滅の原因も、まだ不明です。
 一般的な説は、氷河期が終わって気候変動が起こり、草食のマンモスに大きな影響を与えたというものです。それまでマンモスは、イネ科の植物を主として、キンポウゲやヨモギなどを食べていました。しかし、温暖化によって降雨量が増え、大量の雪が降るようになり、食料の植物が育たない環境になり、食糧不足で絶滅したいう説です。
 よく聞く説として、ヒトが絶滅させたというものがあります。それは、マンモスが生きていた時代と、私たちの祖先が活動していた時期と重なります。実際に、ヒトとマンモスのかかわりの証拠があります。
 アメリカのアリゾナ州では、約1万2千年前のコロンビアマンモスの化石の骨の間から、石でできた槍の穂先が見つかっています。また、フランスの洞窟には旧石器時代に描かれたマンモスの壁画や、ドイツの遺跡ではマンモスを描いた石板、ウクライナやポーランドではマンモスの骨で作られた住居跡が発掘されています。このようなヒトがマンモスを狩っていたという証拠は、7件ほどあるようです。
 アメリカ大陸には、1万年前ころにヒトがユーラシア大陸から地続きとなっていたベーリング海を移動していきました。新大陸では、マンモスが狩猟対象になっていたようです。あるシミュレーションによると、1000年もたたずに、ヒトによってマンモスを絶滅させるというものがあります。もしこれが本当なら、マンモスだけでなく大型哺乳動物にとって、武器を手にしたヒトは、脅威の存在となっていたのかもしれません。これは今も同じですが。
 他の説として、伝染病説が提唱されています。コロンビアマンモスでは、発見される8割近くの化石に、病によると考えられる大腿骨の変形が認められるそうです。伝染病の原因として、ヒトが移動の時に連れてきた家畜に由来するものではないかと考えられています。
 また最近、超新星爆発によって絶滅したという説が出てきました。マンモスの骨から磁性を帯びた小さな金属球が発見されたこと(地球外から飛来したもの)、石器に含まれる放射性同位体のカリウム40の比率(超新星爆発で多く作られる)、海底堆積物中の放射性同位体の炭素14(超新星爆発で増える)などの証拠が挙げられています。
 マンモスは、絶滅動物とはいえ、比較的ヒトとは関係の深い生物です。そして、化石もたくさん見つかっています。そのようなマンモスでも、その絶滅の時期や原因がわかっていないです。他の生物の絶滅の原因などは、推して知るべしです。

・アイスエイジ・
マンモスを扱った映画にはいろいろなものあります。
我が家の子供たちが好きな映画に
「アイスエイジ」(氷河期という意味)があります。
この映画の主人公はマンモスで、
2万年前の氷河期の始まりの時代の話です。
動物たちが、温かいところに移動しようというものです。
その時、ヒトの赤ちゃんがでてきます。
このような映画でも、ヒトとマンモスのかかわり、
あるいは、氷河期と生き物の関係が描かれています。

・人類共通の財産・
先日講義で使うためにApollo計画の動画や画像を探していました。
まずは、NASAのサイトから動画や画像を探しました。
すると、ほぼすべての動画や画像が公開されていました。
私は、Apollo11と14号の動画のDVDを以前に購入していたのですが、
今回はApollo15号のものが必要となって探したら、
すべて見つけることができました。
膨大すぎて探すのが大変ですが、見つけることができました。
アームストロングの月面へ最初の一歩画像も、ありました。
ケネディの月へいくという演説はまだ見つけていないのですが、
たぶんあるはずのところは見つけました。
ただ、あまりにデータが膨大すぎて、まだ見つけることができません。
このような人類共通の財産が、だれもが使える形で、
だれもが使えるところにあるのは非常にいいことですね。

2008年12月4日木曜日

2_71 リューバの死因:マンモス2

 シベリアで見つかった氷漬けのマンモスの赤ちゃん「リューバ」の最新機器を使った分析が、日本で行われました。その分析からわかったことを、紹介しましょう。

 2007年12月末に日本に届いたマンモスは、その直後から東京慈恵会医科大学の高次元医用画像工学研究所で、CTスキャンによるの分析が進めらました。それと呼応して、読売新聞社、東京慈恵会医科大学および科学技術館の共催で「奇跡のマンモス「リューバ」~3万7000年の時を越えて~」緊急企画展が、2008年1月2日から2月3日まで行われました。私はその展示を見ていないので、ホームページで当時の様子を伺うしかありません。
 ところで、のCTスキャンによるの分析に当たられた東京慈恵医大の鈴木直樹教授でした。鈴木さんは、先端医療画像の技術を開発をおこなわれている研究者で、脊椎動物、特にマンモスの画像解析で多くの実績をあげておられます。「愛・地球博」でも、マンモスの展示指導や学術研究の委員長をなされていました。私は、「愛・地球博」にも残念ながら私はいったことがなく、同時期に開催された北海道大学博物館でのマンモスの冷凍「お尻」を見学しただけです。
 鈴木さんたちは、2008年の4月には研究の途中段階の成果を公開しました。それによると、マンモスの赤ちゃん「リューバ」が死んだときの様子がかなりはっきりわかってきたようです。その成果を紹介しましょう。
 リューバは、生後3から4カ月の雌の赤ちゃんマンモスでした。死ぬまでは、外傷や病気の跡がないことから健康に育っていたことがわかりました。ところが、彼女は、湖か川で溺れて死にました。それは、鼻や口、消化管から泥が出てきたこと、腸に食べたものがそのままのこっていること、などからわかります。
 リューバが溺れた死んだ泥の中は、酸素が少ない条件であったため、皮や毛、尻尾も腐ることなく、非常によい保存状態に置かれることになったのです。その後、リューバは、永久凍土として氷漬けになりました。
 鈴木さんたちのCTスキャンで、氷漬けのマンモスを切り刻むことなく、そのままの状態で、内部を調べることができます。心臓や肝臓などの内臓や、筋肉、骨などをCGによって立体画像として再現されていきました。
 その後、リューバは、サンクトペテルブルグの動物学博物館に移送され、筋繊維および骨の研究が行われる予定です。また、新しいことが、いろいろとわかってくることでしょう。
 さて、リューバは泥沼からはい上がれずに溺れ死にました。リューバは赤ちゃんであっため溺れたのでしょう。他のマンモスたちが、同じような死に方をしたわけではありません。しかし、何らかの共通の原因で多くのマンモスは死に、やがてすべてのマンモスは地上から消え去りました。つまり、絶滅です。では、なぜ、マンモスは絶滅したのでしょうか。マンモス絶滅について、次回は考えていきましょう。

・リューバの価値・
ロシア科学アカデミー動物学研究所の
アレクセイ・チホノフ副所長はリューバに強い関心を寄せています。
「古代のウイルスが保存されている可能性」を考えています。
しかし、マンモスの生きていた時代は、
それほど過去ではありません。
ですから、ウイルスが見つかったとしても、
生物の進化に関わるような情報はなかなか得られないでしょう。
また、シベリアが氷河期にどのような状態であったのかを
「腸内の花粉や胞子などから探ることができるかもしれない」
といっていますが、これも、わざわざマンモスを使わなくても
泥を調べればいいことです。
リューバは、その体自体に意味があると思います。
今はいない生物の肉体として、存在自体に価値があるのです。
その価値を引き出すのは、科学者たちです。
私は、それに期待しています。

・師走・
いよいよ師走です。
大学の推薦入試も終わりました。
現在採点集計中です。
大学では、来春四月以降のための準備が始まったわけです。
まだ、後期の講義がだいぶ残っています。
気を抜くことはできません。
しかし、忘年会が次々とあり、
持ちつき大会が小学校ではあります。
こんな年中行事があると、心もそわそわし始めます。
師走とはそんな季節なのでしょう。