生物の進化をその目で見届けた伝説の生物学者、グラント夫妻、40年の成果を語る

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ピューリッツァー賞を受賞した『フィンチの嘴』などで知られる生物学者のグラント夫妻。1973年からガラパゴス諸島で観察を積み重ね、いまも自然のなかで個体の進化の過程が起きていることを証明した夫妻が、40年にわたる研究を振り返った。

TEXT BY EMILY [email protected] MAGAZINE

WIRED (US)

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プリンストン大・ギヨーホールの恐竜骨格の前に立つローズマリーとピーター・グラント夫妻。PHOTOGRAPH BY JESSICA KOURKOUNIS/QUANTA MAGAZINE

1973年、ローズマリー・グラントとピーター・グラントがガラパゴス諸島の大ダフネ島に初めて足を踏み入れたとき、彼らはそこが自分たちの第2の故郷になろうとは思いもしなかったという。

現在プリンストン大学生物学専攻の名誉教授を務めるグラント夫妻は、当時、生物の進化を研究できる未開の地を探していた。彼らは、その島にいるさまざまな種類のフィンチ(鳥)を調査することで、生物の新たな種がいかにして生まれるのか、その要因を明らかにできると考えていたのだ。

大ダフネ島の冬は、快適とはほど遠い。マンハッタンの100分の1の面積で、海から突き出た火山の先っぽのようだ。島を訪れるためには、このクレーターを囲む切り立ったリング状の地面に、ボートから跳び移らなくてはならない。

島は植生に乏しい。鳥たちの食物となるのは、サボテンや低木などだ。グラント夫妻は必要な食べ物と水を持ちこみ、焼けつく太陽を遮るためのシートを張った狭い洞穴の中で食事をつくったりした。ピクニックテーブルほどの大きさの、こじんまりとした平らな場所だった。

衣食住の面での快適さはなかったものの、夫妻にとってダフネは素晴らしい選択となった。厳しい乾期と恵み深い雨期を繰り返すガラパゴスの極端な天候は、研究するのに十二分な環境だった。降雨量は1983年に1メートルになったかと思えば、1985年はゼロになるほど、極端に変化した。

ひどい乾期に見舞われた1977年、ダフネ島のフィンチの多くが死んだ。しかしそれが、グラント夫妻の最初の重要な発見の舞台となった。乾期の間に、大きな種子が食べられることなくよく育ったのだ。大きなクチバシをもつ鳥たちは、大きな種子にありつけた。その結果、大きなフィンチとその子孫が乾期を生き延び、鳥たちの平均サイズが継続して大きくなる引き金となったのだ。グラント夫妻は、“進化の現場”を目の当たりにした

この大きな発見によって、グラント夫妻は恵まれたキャリアを立ち上げた。1973年から2012年にかけて、彼らはダフネ島を毎年訪れ、時には娘たちも一緒に数カ月を過ごした。40年を超える研究において、彼らは少なくとも8世代にわたる約20,000羽の鳥を調査した(夫妻が観察した最長寿の鳥は、17歳と長生きだった)。

グラント夫妻は、異なるフィンチの種について大規模な多世代にわたる血統図を作成するため、ほぼすべての繁殖行為と、鳥たちの子孫を調査した。彼らは血液サンプルを取り、フィンチの鳴き声も録音した。こうすることによって、鳥たちが死んでしまってからも、遺伝学的特徴やその他の要因を長い間追跡できた。グラント夫妻は、自然学者ダーウィンの最も基礎的な予言のいくつをか実証し、2009年の京都賞を含む、多くの権威ある科学賞を受賞した。

現在、夫妻は80歳近くとなり、ガラパゴスを訪れる機会は少なくなった。最近、彼らが最も楽しみにしているのは、彼らが集めたデータをゲノムツールで解析することである。グラント夫妻は、フィンチのくちばしの大きさや形に変化を起こした遺伝子変異を見つけようと、ほかの科学者たちと共同で研究を進めているのだ。

彼らのガラパゴス島・ダフネ時代について、グラント夫妻に話を訊いた。以下、その要約編集した内容である。

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夫妻が観察を行っていたダフネ島。
PHOTOGRAPH COURTESY OF PETER AND ROSEMARY GRANT

──なぜガラパゴスに行くことを決めたのでしょうか? 何がおふたりを、「フィンチの研究」に引き込んだのでしょう?

ローズマリー・グラント(以下RG):生物学のなかでも、わたしはどちらかというと遺伝学のバックグラウンドをもち、ピーターは生態学のバックグラウンドをもっていました。ただ、ふたりとも生物の同じプロセス、つまり「なぜ、どのように、生物の種が形成されるのか」に興味があったのです。ふたりとも、自然の環境のなかで「変化していく」生物の集団を研究したかったのです。

ガラパゴスには、重要な特徴がいくつかありました。どの島もまだ新しく、そして、発生時期が同じフィンチが、違う島に別々に集団を形成していました。島には人間が住んだ跡がなく、まっさらな状態でした。つまり、ここで起きるあらゆる変化は、自然が起こしたもので、人間が関与した結果ではない、ということです。

ガラパゴスの気候はとてつもなくダイナミックです。ガラパゴス諸島は赤道にまたがっていて、エルニーニョ・南方振動現象の影響を受けます。とんでもない量の雨が降る年があり、それはフィンチにとってはよいことなのですが、一方で乾季の年もあり、多くの鳥たちが死んでしまいます。この乾季に、小さな島々の鳥たちの80〜90パーセント以上が死んでしまうことがわかりました。こうした極端な現象が、気候の変化とそれらに伴う生物の進化がどう呼応するのかを調査する機会を与えてくれるのです。

ピーター・グラント(以下PG):わたしたちの頭のなかには主に「3つの疑問」がありました。まず、新しい種はいかに形成されるのか? これは『種の起源』におけるダーウィンの問いですね。次に、種は食物を求めて競争するのか? もしそうなら、それは動物社会の構造にどのような影響を与えるのか? これは1980年代初期に、非常に盛んに議論されていた話題でした。当時は、実験で証明できることは非常に少なかったため、あれこれ違った立場を取る余地がありました。最後に、ある個体集団において、なぜ体の大きさやくちばしのサイズといった形態学的特徴に多様性が現れるのか、ということです。

──初めてガラパゴス島に足を踏み入れたときは、どんなお気持ちでしたか?

PG:ずっと思い続けていた究極の場所に到着したときのゾクゾク感を伝えるのは難しいのですが…。崖を這い上がって、乗ってきたボートが島を離れて行くのを見て、ついに自分が人跡未踏のこの島にたどり着いたんだと興奮しましたね。最初に足を踏み入れたときのことは、忘れられません。

──最初の重要な発見は、1977年のひどい乾期のあとだったと伺っています。何があったのでしょうか?

PG:教え子の1人が島で研究をしていて、鳥たちが死んでいくことを嘆いていました。わたしたちは、彼から悲惨な調査シーズンについて書いた手紙をもらったのです。しかし、わたしたちはこのことこそ「決定的に重要なこと」ではないかと考えたのです。それが最初のきっかけでした。

1977年の終わりに、わたしたちは2人の娘と一緒に島に戻りました。家族みんなで、死んでいる鳥も生きている鳥も探し回ったのです。

わたしたちは、死んでいる鳥のほとんどがクチバシの小さい鳥たちだということを発見しました。大きなクチバシをもつガラパゴスフィンチは、小さなクチバシをもつ鳥たちよりも大きな種子を食べることができるため有利だったわけです。

生き残った鳥たちの子孫を調べてみると、彼らはその親たち同様に(クチバシが)大きいということがわかりました。進化によってクチバシの大きさが変化したのです。このことは「自然淘汰による進化」の明らかな証明となりました。

──リアルタイムに「生物の進化」が観察されたのは、それが初めてだったのでしょうか?

PG:自然環境においては、そうですね。以前から、殺虫剤やバクテリア感染による薬剤耐性について、科学者はその進化を示してきました。しかし、絶え間なく変化する生態学的に重要な遺伝形質に関しては、これが「自然環境における進化」を初めてとらえたことになります。

RG:手付かずのままの環境を利用することが大事なのはそのためです。わたしたちは、この島が人間による影響をまったく受けてなかったことを知っていたのです。

──1981年に、変わった姿のフィンチに「ビッグバード」というあだ名をつけられましたよね。

RG:ビッグバードがダフネ島へやってきたとき、わたしたちはこの鳥を捕まえて、血液サンプルを採りました。その結果、この鳥が高い確率で遺伝子移入個体、すなわちガラパゴスフィンチとサボテンフィンチのハイブリッドであり、それぞれの両親からの戻し交配種だということがわかりました。

ビッグバードは2羽のガラパゴスフィンチと繁殖し、その子どもたちから血統が始まります。しかし、ダフネ島では2003〜05年に深刻な乾季があり、ビッグバードの血統種は、一組の兄妹を除いてみんな死んでしまいました。

やがてまた雨が降るようになり、この兄妹は繁殖し、26羽の子どもが産まれました。9羽を除き、すべての鳥が繁殖しました。息子と母親、娘と父親、そしてそれぞれがお互いの子孫と繁殖し合い、ひどく同系交配された血統が産まれたのです。

──なぜそれが特別なのでしょうか? ビッグバードは新しいフィンチの種の始まりになったのですか?

RG:あらゆる点において、この血統にはほかの種とは違う行動がみられました。いちばん近い親戚であるガラパゴスフィンチよりも体がずっと大きかったし、それまでダフネ島では聞いたことのない声で鳴きました。また、彼らは島のとある場所で繁殖しました。ビッグバード同士は互いに隣り合わせに縄張りをもち、その縄張りはほかの種とかぶっていました。しかし、ほかの種の鳥たちはビッグバードを完全に無視し、ビッグバードもほかの種の鳥たちを無視していたのです。

このビッグバードたちは、世代を超えてどこまでも追跡できる遺伝子マーカーをもっています。乾季を乗り越えたその兄妹は、そのマーカーのコピーを2つもっており、彼ら以降の子孫たちもすべてそのマーカーをもっていました。

──ビッグバードの血統に驚きましたか?

RG:ある遺伝子をもつ鳥が、異なる生態学的条件をもつほかの島に渡った場合、その鳥は自然淘汰によって新たな種へと変化を遂げるのか? この問いについて、わたしたちは何度も議論をしていました。実際にそれを目にすることがあるなんて思いもよりませんでしたが、それができたのです。

──同系交配について、ビッグバードの話からわかることは何なのでしょう? 新しい種の発生を促すことができるのでしょうか?

PG:数年前まで人々は、ある個体群で同系交配があったとき、その遺伝子の交換によって起こるのは2つの個体群の融合だけで、ほかには何も生み出されないと考えていました。しかし、ビッグバードのケースにおいて、同系交配は新しい種を生み出しました。蝶に関する文献にも同じことが書かれています。ある蝶の個体群は、2つの異なる集団の同系交配から産まれるのです。

RG:2つのゲノムを合わせると、新たな遺伝子の組み合わせが生まれます。そして、自然淘汰のプロセスが新たに生まれた個体群に働きかけ、軌道にのせるのです。失敗することもあれば、特異な子孫が生まれることもあります。あるものは、新しい、または変化した環境のなかで、ほかの種よりも優位になることもあります。

ある特定の遺伝子がネアンデルタール人から現代人へと受け継がれており、わたしたちに免疫上の優位性を与えていることが現在わかっています。そしてそれと同じことが、フィンチについてもいえるのです。

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ローズマリー・グラント。1991年、大ダフネ島にて。
PHOTOGRAPH COURTESY OF PETER AND ROSEMARY GRANT

──ダフネ島での研究中に、新たに島にやってきたフィンチのグループを目撃されましたね。この種について、何が興味深かったのでしょうか。

PG:エルニーニョ現象が発生した1982年、ダフネ島には激しい雨が降り、ほかの島から来た5羽のオオガラパゴスフィンチが島に留まりました。彼らは島で繁殖しましたが、とてもゆっくりと数を増やしていったため、ほかの種類のフィンチにはほとんど影響を与えませんでした。

しかし2003年に、ダフネ島は干ばつに襲われます。増え方がゆるやかだったとはいえ、オオガラパゴスフィンチの個体数は、干ばつ時の食料の供給に影響を与えるのに十分なものでした。オオガラパゴスフィンチは、食糧である大きく硬い種子を巡り、もともと島にいたガラパゴスフィンチと争いました。その結果、ガラパゴスフィンチのくちばしのサイズは小さくなり、2つの種の差異は大きくなったのです。

ダーウィンはこれを「形質分岐の原理」と呼んでいます。くちばしのサイズといった形質が、自然淘汰の結果、分岐したわけです。形質分岐は、もともと分かれていた2つの種が出会い、食料を争うときに起こります。競争が起こったとき、1つの種が滅びてしまうかわりに、2つの種が共存できるようにしているのです。わたしたちのこの発見は、自然淘汰のプロセス、そして原因と役割の、初めての決定的で包括的な証明でした。

──過去40年で、進化についての理解でいちばん大きかった変化はなんでしょう?

PG:わたしたちの研究を含むさまざまな研究によって、進化の速度についての一般的な考え方は変わってきたのかなと思います。

進化というのは、これまで考えられてきたよりもずっと短い時間で起きるプロセスでした。わたしたちが研究を始めたころは、進化的変化、例えばより鋭利なくちばしをもつ鳥が産まれたりといった変化が、一世代で起きるというアイデアに対してほとんどの人が懐疑的でした。いまでは「自然淘汰の影響は微かなものであるため、実際に測定することはできない」という考え方は捨て去られています。

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グラント夫妻。プリンストン大学にて。
PHOTOGRAPH BY JESSICA KOURKOUNIS/QUANTA MAGAZINE

──種形成(新しい種の誕生)についての理解はどのように変わったのでしょうか?

RG:かつて考えられてきた種形成のモデルは、おおよそ3ステップのプロセスからなります。まず、新しい場所でコロニーが形成されます。新しい環境に移動したことによって、自然淘汰が起き、結果としてその種は変化します。次に、その種はまた新たな場所へと移動します。コロニーの形成、変化を経てその種は分散し、そのうちの2つの種が再び出会います。そして、形質置換が起きるのです。

わたしたちの研究では、この種形成のモデルが正しいことを示しました。しかし、わたしたちはそれに加え、種形成には、ある種から違う種への遺伝子流動のように、別のルートがあることも証明しました。ビッグバードの血統のみならず、カワスズメや蝶にも同様のルートがあることが認められます。種形成には複数のルートがあるのです。

──ゲノミクスはこの分野にどのような影響を与えていますか?

PG:進化一般に対する理解、そして特に種の形成についてのわたしたちの理解は、ゲノミクス研究によっていま大きく変化しているところです。それが、わたしたちが研究を始めたころとの大きな違いです。以前は進化のプロセスを形態(その生物の姿)から推察することしかできませんでしたが、いまは遺伝学的な裏付けをとることができるのです。

RG:本当に大きなブレイクスルーとなったのは、全ゲノムシーケンス解析でした。わたしたちは、フィンチのゲノム解析を行っているスウェーデンの遺伝学者たちと共同で研究をしているんです。とてもわくわくしています。

2003〜05年にかけてダフネ島で自然淘汰が起こった際に、わたしたちは乾季の前後に鳥たちから血液を採取しました。それによって、〈HMGA2〉という遺伝子が大変重要であることを突き止めました。この遺伝子は2つの型があります。大きな鳥がもつ型と、小さな鳥がもつ型です。そしてわたしたちは、大きな鳥がもつ〈HMGA2〉には不利性があり、小さな鳥がもつ〈HMGA2〉には優位性があるということを証明することができました。

PG:これらの2つの変異体の発現頻度については、重要な転換点がありました。小さなサイズの変異体の方が数が増えるのです。このことを発見するまで、進化が起きたことを考える理由はいくらでもありましたが、遺伝子の発現頻度の変化についての遺伝学的な証拠がなかったのです。これこそが決め手でした。

RG:野生にいる個体群についての知識があれば、ゲノム解析によってさらに多くのことを解明することができます。この2つを一緒にすることで得られる知識は計り知れません。

わたしたちはラッキーでした。常に血液サンプルと鳴き声の録音をもっていたので、これらに立ち返ることができたのです。将来、ゲノム研究とフィールドワークを一緒に進めることの価値が、もっと広まるよう期待しています。

──ダフネ島に戻る計画はありますか?

RG:いま、すでに本格的な研究をしているわけではありませんが、戻るつもりです。

PG:史上最も長生きした人は、122歳まで生きたそうですよ。わたしたちにはまだあと40年もあるってことですね。

[2016年9月『Quanta Magazine』掲載の記事を翻訳・転載した]

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