870万種ともいわれる地球上の多様な生き物たち。
まだ私たちはそのごく一部しか知らないが、
実に多くのことが明らかにされてきてもいる。
進化生物学者である著者が、
世界中で長年撮りためた貴重な写真と文章で
思いのままに「生き物」を語る。
著者プロフィール
長谷川政美(はせがわ まさみ)
1944年生まれ。進化生物学者。統計数理研究所名誉教授。総合研究大学院大学名誉教授。理学博士(東京大学)。著書に『分子系統学』(岸野洋久氏との共著)『DNAに刻まれたヒトの歴史』(共に岩波書店)、『系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史』(ベレ出版)、『世界でいちばん美しい進化の教室』(監修、三才ブックス)、『共生微生物からみた新しい進化学』(海鳴社)、『進化38億年の偶然と必然』(国書刊行会)など多数。進化に関する論文多数。1993年に日本科学読物賞、1999年に日本遺伝学会木原賞、2005年に日本進化学会賞・木村資生記念学術賞など受賞歴多数。全編監修を務める「系統樹マンダラ」シリーズ・ポスターの制作チームが2020年度日本進化学会・教育啓発賞、2021年度日本動物学会・動物学教育賞を受賞。
多細胞動物のからだは、一個の受精卵から出発して、細胞分裂を繰り返しながらできてくる。もともと一個の細胞が分裂するだけであれば、ある細胞は表皮に、別の細胞は消化器系に、さらに別の細胞は神経系にと分化するのはなぜか、という疑問がわく。
どの細胞も同じゲノムをもっているのに、細胞はそれの属する組織によって異なる形質をもつのはなぜなのだろうか。それは、ゲノム中のすべての遺伝子が働いているのではなく、必要な遺伝子が必要な時期だけ働くように制御されていており、この制御が組織によって異なるためである。
発生過程において、このように遺伝子に働いて発現を促す物質をモルフォゲン(morphogen、形態形成物質ともいうが、かたちだけでなく色素の発現などに関わる物質も含む)という。細胞の分化は、モルフォゲンが細胞ごとに不均一に分布することによって起こると考えられる。しかし、もともと同じ細胞なのに、モルフォゲンが不均一に分布するのは、どのようにしたら可能なのだろうか。この問題は、からだの表面にできる模様のできかたにも関わる。動物のからだの模様は、色素を作る細胞が不均一に分布することによって作られるからである。
現在のコンピュータ科学の基礎をつくったイギリスの天才的数学者アラン・チューリング(1912~1954年)は、亡くなる2年前の1952年にこれを説明するモデルを提唱した(4)。
私は50年ほど前にこのモデルを紹介する記事を書いたことがあるが(5)、ここではそれを極力簡略化して再度紹介しよう。高校の数学程度の知識で理解していただけると思うが、数式アレルギーのかたは数式の部分は読み飛ばしていただいても、文章と図だけである程度理解していただけるだろう。
チューリングは、XとYというモルフォゲンを考え、それらの濃度(それぞれxとyで表わす)が、一つの細胞内で、次のような微分方程式に従って時間的(t: 時間)に変化するとした。
(1a)
(1b)
(2)
(3)
(4)
(5a)
(5b)
(5c)
(5d)
これまでチューリングのモデルを使って、2細胞系で分化が起ることを説明したが、もっとたくさんの細胞の系では、モルフォゲンの濃度が定常波のようになる。これを「チューリング波」という。チューリング波ができることによって、繰り返しのある模様、つまりヒョウの斑点模様やシマウマの縞模様が作られている可能性があるのだ(6,7)。
最近の研究では、このような繰り返しのある模様のできる仕組みが遺伝子レベルで解明されつつある(8)。その結果、チューリングが70年前に考えたモデルと文字通り同じものではないが、似たような反応と拡散を組み合わせた系が、斑点や縞のような繰り返しをもった動物の模様の形成に寄与していることが明らかになってきた。
チーターは図12-5aのように斑点模様をもつが、南アフリカの限られた地域ではキングチーターと呼ばれる変異体が見られる。キングチーターでは図12-5bのように斑点が大きく、さらにそれが連なっている(特に背中では完全に連なっている)。このような模様の違いも遺伝子レベルで解明されつつある(9)。
図12-6にオオキノコムシ科の2種の甲虫の写真を示した。この2つは似た4つのノコギリ状の紋様をもち、同じ科だが別属に分類される。しかし、同じ属のものがみな同じような模様をもつとは限らない。さらに、このようなノコギリ状の紋様をもつものは、ゴミムシダマシ科(10)、シデムシ科(図12-7a)、オサムシ科(図12-7b)、テントウムシダマシ科(11)など鞘翅目のさまざまな科で見られる。このように同じような紋様がさまざまな系統で見られることは、この紋様は容易に進化しうるものであって、紋様形成には何か共通の機構が働いているものと推測される。
*もっと「進化」を詳しく知りたい人に最適の本:
長谷川政美著『進化38億年の偶然と必然: 生命の多様性はどのようにして生まれたか
』 (国書刊行会)。 本書は当サイトの好評連載「進化の歴史」を大幅に加筆修正および図版を刷新して一冊にまとめたものです。
ブックデザイン:垣本正哉・堂島徹(D_CODE)
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ブックデザイン:垣本正哉・堂島徹(D_CODE)
長谷川政美著『系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史 (BERET SCIENCE)
』 (ベレ出版)。 本書は当サイトで連載していた「僕たちの祖先をめぐる15億年の旅」を加筆修正および系統樹図を全て作り直して一冊にまとめたものです。カラー図版600点掲載。扉絵は小田隆さんによる描き下ろし。
※電子書籍を準備中です。
ブックデザイン:坂野 徹
長谷川政美監修・畠山泰英(科学バー)編集『世界でいちばん素敵な進化の教室
』 (三才ブックス)。 本書は美しい写真とQ&A形式の簡潔な文章で、38億年におよぶヒトを含む生き物の進化を解説した超入門ビュアルブックです。子供から大人まで気軽に楽しんでいただけます。
<バックナンバー>
・第1話「コウモリの自然史」
・第2話「特異なコウモリ『アブラコウモリ』」
・第3話「海流と生き物の分布」
・第4話「海を越えた動物の移住」
・第5話「ヒグマの自然史」
・第6話「クマ科の進化」
・第7話「動物の長距離移動」
・第8話「スズメ目の進化」
・第9話「イヌの起源」
・第10話「ウマの起源」
・第11話「ネコの起源」