生物学

生物の「遺伝情報の発現と発生」では、受精卵から体ができるまでを、遺伝子の発現の調節と結びつけて学びます。体の場所ごとに違う遺伝子がはたらき、頭・胸・腹がつくり分けられるのです。大学の発生生物学は、そのしくみを実験で確かめる学問です。

ショウジョウバエの羽は 2 枚です。胸の 3 番目の節には、羽の代わりに平均棍という小さなこん棒があり、体のバランスをとっています。ところが 20 世紀の初めから、平均棍が羽に変わった、羽が 4 枚のハエが知られていました。アメリカのカリフォルニア工科大学のルイスは、1940 年代の初めから、このハエを調べ続けました。

ルイスは、体の節の性質を決める遺伝子が、染色体の上で、体の前から後ろへの順と同じ順に並んでいることを見つけました。羽が 4 枚になったのは、胸の 3 番目の節でその 1 つがはたらかず、節が 2 番目の節と同じ形になったためです。遺伝子の並び順と体の並び順がそろっていることを、ルイスは 1978 年の論文にまとめました。

1980 年には、ニュスライン=フォルハルトとウィーシャウスが、体の節のでき方に関わる遺伝子 15 個を発表しました。研究の場は、ドイツのハイデルベルクにあるヨーロッパ分子生物学研究所です。2 人は 1 年以上、1 台の顕微鏡を向かい合ってのぞき、ハエの胚を調べ続けました。同じ仲間の遺伝子はヒトにもあり(HOX 遺伝子)、ハエの遺伝子のはたらきを一部肩代わりできるほど似ています。3 人は 1995 年のノーベル生理学・医学賞を受けました。

生物基礎では、細胞が分裂をくり返すときの細胞周期と DNA の複製を学びます。生物では、受精卵から増えた細胞が、心臓や筋肉などの決まった細胞に分化することを学びます。では、一度分化した細胞が、もう一度分裂して体を作り直すことはできるのでしょうか。

ヒトなどのほ乳類の心臓は、傷ついてもほとんど再生しません。ところが、熱帯魚として売られているゼブラフィッシュは違います。心臓の心室の約 20% を取り除いても、心臓を元どおりに再生できるのです。

2010 年、スペインのバルセロナの研究チームは、新しい心臓の細胞がどこから来るのかを調べました。遺伝子のしくみを使い、胚のうちに心臓の筋肉の細胞(心筋細胞)へ、緑色に光る目印を付けておきます。おとなになってから心室の約 20% を取り除くと、30 日でほぼ元どおりになりました。新しくできた心筋細胞は、すべて目印つきでした。

もとからあった心筋細胞が、分化した形を少しだけほどき、細胞周期に入り直して DNA を複製し、分裂していたのです。幹細胞は、ほとんど関わっていませんでした。大学の再生生物学では、ヒトの心臓がなぜ再生しないのかを、こうした動物との比較から探っています。

生物では、突然変異で遺伝子が変わり、自然選択などで集団の中の遺伝子の割合が変わることを、進化のしくみとして学びます。生態の単元では、食べる・食べられるの関係で、物質がめぐることを学びます。この 2 つが 1 つにつながった研究があります。

日本近海には、背中にとげのあるイトヨと、ごく近い仲間のニホンイトヨがすんでいます。約 68 万年前に共通の祖先から分かれましたが、川や湖にまで進出したのはイトヨだけです。ニホンイトヨは、海と汽水域(海水と川の水がまじる所)でしか暮らしていません。国立遺伝学研究所などの研究者は、この違いの理由を探りました。

研究室で育てると、ニホンイトヨの稚魚は受精から 50 日ほどで次々に死んでしまいました。ところが、共同研究をしていた水族館では元気に育っています。比べると違いはえさで、水族館のイワシやオキアミには DHA という脂肪酸が多く、研究室のえさには少なかったのです。えさに DHA を加えると、稚魚の生き残る割合が上がりました。

では、DHA の少ない川や湖で、イトヨはどうしているのか。調べると、淡水で暮らすイトヨは、DHA をつくる Fads2 という遺伝子を、ニホンイトヨの 2 倍以上の数持っていました。体の中で DHA をつくって補っていると考えられます。遺伝子の数の小さな違いが、新しい環境で生き残れるかを分け、世代を重ねて広がったのです。