古代 DNA が先史時代の痕跡から牛の起源と家畜化の謎に答えを見つける (パート 2)

制作：中国科学普及協会

著者: 周悦、王才慧 (西北大学文化遺産学院)

プロデューサー: 中国科学博覧会

前号では、様々な種類の牛がどのように家畜化されてきたかについて触れましたが、今号では、牛（家畜牛）の起源と家畜化、そして遺伝学や考古学の観点から科学者がどのような取り組みを行ってきたかについてお伝えします。

牛

（写真提供：veerフォトギャラリー）

研究の初期段階では、骨格の証拠が主な手がかり源でした。研究者らは骨の形態、計測データ、考古学的現象などの特徴を分析することで、家畜牛がオーロックスから家畜化されたことを総合的に推測した。現在までに、ほとんどの学者は、オーロックス家畜化の最も古い考古学的証拠は新石器時代の南西アジアから発見されたと考えています。そこでは、約 10,500 年前に遡るオーロックスの化石に、人間の活動の明らかな痕跡が見られました。

大英博物館にある雄牛の頭蓋骨と復元図

（画像出典：Diversity誌）

家畜牛は一般にオーロックスよりも小さく、歯の摩耗パターンもオーロックスとは異なります。その後、形態学的特徴と人間の活動の証拠を組み合わせることで、一連の家畜牛の化石が中東（約 8000 年前）、ヨーロッパ（約 7000 年前）、地中海および東南アジア（約 6000 年前）で発見されました。これは、人間が安定した食料源を得るために、適切な環境でオーロックス類を広範囲に家畜化したことを示唆しています。

オーロックスと現代の牛の比較

（画像出典：ケンブリッジ大学出版局ブログ）

家畜牛の野生の祖先 - オーロックス

この時点で、誰もが「生の牛肉とは何なのか」と疑問に思っているはずです。実際、オーロックスの歴史は更新世まで遡ることができます。かつてジュリアス・シーザーは『黒い森』の中で、オーロックスは象より少し小さいが、体は大きく、スピードも抜群で、人間や動物と対峙しても弱みを見せないと描写しています。

洞窟壁画に描かれたオーロックス

（画像出典：ネイチャー誌）

しかし、人類の文明の発展とともに、オーロックスの運命は劇的に変化しました。ヨーロッパでは、オーロックス狩りは単なる狩猟活動ではなく、強さと勇気を示す象徴にも発展しました。オーロックスの角を所有することは名誉の印とさえみなされています。上記の理由により、オーロックスは 1627 年までに絶滅しました。オーロックスは家畜牛とは非常に異なる性格を持っており、その進化の過程はまだ完全には解明されていません。化石記録は種の存在の証拠を提供しますが、環境と人間の活動が化石の保存と分布に与える影響により、より複雑な個体群の歴史を明らかにすることは困難です。

近年の遺伝学の発展は、動物の起源と進化に関する研究に新たなアイデアをもたらしました。そのため、研究者たちは遺伝学的手法を用いて家畜牛の起源や家畜化の歴史を分析しようともし始めています。オーロックスは、ユーラシアオーロックス、インドオーロックス、北アフリカオーロックスの 3 つの主な亜種グループに分けられます。普通牛とこぶ牛は、それぞれ近東とインダス川流域のユーラシアオーロックスおよびインドオーロックスから家畜化されました。

現代遺伝学からの新たな知見

DNA（デオキシリボ核酸）は生物学的遺伝情報の運搬体であり、生物の遺伝コードを記録します。現代の遺伝子研究によれば、家畜牛にはアジアコブ牛、ユーラシア普通牛、アフリカ普通牛の 3 つの主なグループがあることがわかっています。現代の牛の主なミトコンドリア系統は、それぞれ普通牛系統とコブ牛系統に属する T と I です。普通牛とコブウシの間には大きな遺伝的差異がありますが、共通の祖先と交雑により、両者の間には広範な遺伝的つながりもあります。

ゼブ

（写真提供：veer photo library制作：中国科学普及局）

著者: 周悦、王才慧 (西北大学文化遺産学院)

プロデューサー: 中国科学博覧会

前号では、様々な種類の牛がどのように家畜化されてきたかについて触れましたが、今号では、牛（家畜牛）の起源と家畜化、そして遺伝学や考古学の観点から科学者がどのような取り組みを行ってきたかについてお伝えします。

牛

（写真提供：veerフォトギャラリー）

研究の初期段階では、骨格の証拠が主な手がかり源でした。研究者らは骨の形態、計測データ、考古学的現象などの特徴を分析することで、家畜牛がオーロックスから家畜化されたことを総合的に推測した。現在までに、ほとんどの学者は、オーロックス家畜化の最も古い考古学的証拠は新石器時代の南西アジアから発見されたと考えています。そこでは、約 10,500 年前に遡るオーロックスの化石に、人間の活動の明らかな痕跡が見られました。

大英博物館にある雄牛の頭蓋骨と復元図

（画像出典：Diversity誌）

家畜牛は一般にオーロックスよりも小さく、歯の摩耗パターンもオーロックスとは異なります。その後、形態学的特徴と人間の活動の証拠を組み合わせることで、一連の家畜牛の化石が中東（約 8000 年前）、ヨーロッパ（約 7000 年前）、地中海および東南アジア（約 6000 年前）で発見されました。これは、人間が安定した食料源を得るために、適切な環境でオーロックス類を広範囲に家畜化したことを示唆しています。

オーロックスと現代の牛の比較

（画像出典：ケンブリッジ大学出版局ブログ）

家畜牛の野生の祖先 - オーロックス

この時点で、誰もが「生の牛肉とは何なのか」と疑問に思っているはずです。実際、オーロックスの歴史は更新世まで遡ることができます。かつてジュリアス・シーザーは『黒い森』の中で、オーロックスは象より少し小さいが、体は大きく、スピードも抜群で、人間や動物と対峙しても弱みを見せないと描写しています。

洞窟壁画に描かれたオーロックス

（画像出典：ネイチャー誌）

しかし、人類の文明の発展とともに、オーロックスの運命は劇的に変化しました。ヨーロッパでは、オーロックス狩りは単なる狩猟活動ではなく、強さと勇気を示す象徴にも発展しました。オーロックスの角を所有することは名誉の印とさえみなされています。上記の理由により、オーロックスは1627年までに絶滅しました。オーロックスは家畜牛とは非常に異なる性格を持っており、その進化の過程はまだ完全には解明されていません。化石記録は種の存在の証拠を提供しますが、環境と人間の活動が化石の保存と分布に与える影響により、より複雑な個体群の歴史を明らかにすることは困難です。

近年の遺伝学の発展は、動物の起源と進化に関する研究に新たなアイデアをもたらしました。そのため、研究者たちは遺伝学的手法を用いて家畜牛の起源や家畜化の歴史を分析しようともし始めています。オーロックスは、ユーラシアオーロックス、インドオーロックス、北アフリカオーロックスの 3 つの主な亜種グループに分けられます。普通牛とこぶ牛は、それぞれ近東とインダス川流域のユーラシアオーロックスおよびインドオーロックスから家畜化されました。

現代遺伝学からの新たな知見

DNA（デオキシリボ核酸）は生物学的遺伝情報の運搬体であり、生物の遺伝コードを記録します。現代の遺伝子研究によれば、家畜牛にはアジアコブ牛、ユーラシア普通牛、アフリカ普通牛の 3 つの主なグループがあることがわかっています。現代の牛の主なミトコンドリア系統は、それぞれ普通牛系統とコブ牛系統に属する T と I です。普通牛とコブウシの間には大きな遺伝的差異がありますが、共通の祖先と交雑により、両者の間には広範な遺伝的つながりもあります。

ゼブ

（写真提供：veerフォトギャラリー）

ミトコンドリアの多様性に関する研究によると、中近東とインダス川流域がそれぞれ普通牛とコブウシの起源の中心である可能性が示唆されています。さらに、核ゲノムデータに基づき、現在のエジプトの砂漠地帯が家畜牛の3番目の起源であり、アフリカの一般的な牛はここから生まれた可能性があると考える研究者もいる。興味深いことに、その後しばらくして、アフリカの牛の個体群は、主にアフリカの角と東海岸から入ってきたコブウシの要素に置き換えられました。

古代DNAが家畜牛の進化を明らかにする

現代の遺伝学的証拠は、家畜牛の進化の歴史に重要な光を当てていますが、それにもかかわらず、家畜牛の歴史の正確な詳細についてはまだほとんどわかっていません。古代のサンプルには豊富な古代の遺伝情報が含まれており、それは現代のサンプルでは説明できない進化の詳細を明らかにするための重要な資料であることは間違いありません。古代 DNA は、初期の家畜化された祖先と野生の祖先の直接的な証拠を提供し、動物の家畜化に関する理解を深めます。近年、考古学的資料と古代 DNA 技術の組み合わせにより、古代のサンプルの遺伝情報をより深く調査し、より完全な進化の物語を描くことが可能になりました。

古代と現代の遺伝子研究を組み合わせると、一般的な牛は10,300年から10,800年前に肥沃な三日月地帯で家畜化され、その後東西に広がったと示唆されています。

西方への伝播に関しては、一般的な牛がアナトリアに1万年前に到来し、ヨーロッパには約8,500年前に到来したとされ、その説を裏付ける牛の遺跡がギリシャで発掘されている。ヨーロッパにおける彼らの移住と拡散には2つのルートがありました。一つは7900年から7700年前に地中海沿岸を通ってフランス、スペインなどの地域に渡ったものです。もう 1 つは、7500 年前にドナウ川を通って中央ヨーロッパに、そして 1000 年後に北ヨーロッパに伝わったものです。

東方への伝播については、5000～4000年前に中国やモンゴルなどに到達し、東アジアの牛の祖先となったとされる。中国北部で発掘された4,500年から2,300年前の化石証拠もこの見解をさらに裏付けている。

一般的な牛の普及

（画像出典：Diversity誌）

家畜牛の初期の普及段階では、イタリア、近東、中国（山西省と青海省）を含むユーラシアの多くの地域で、オーロックス（野生牛）と家畜牛の間で広範な遺伝子交換が行われました。研究者らは、4万3000年前から3590年前までの中国北東部の牛の全ゲノムデータに基づき、東アジアのオーロックスはその固有の亜種である可能性があると推測した。さらに、3,800～3,400年前には、東アジアのオーロックスと青海・チベット高原の牛の間で遺伝子の交換が起こっていました。

コブ牛の普及は普通の牛の普及とは独立して行われた。約4,500年前、コブ牛は東のガンジス川流域まで移動しました。インドで発掘された新石器時代の遺跡もこの見解を裏付けている。約4,200年前、コブ牛はインダス川流域から近東に広く侵入し始め、約3,500年から2,500年前にインド沿岸ルートから東南アジア、中国南部に広がり、1,000年前にインドネシアに到達しました。

さらに研究者たちは、4,200年前に気候変動によってコブ牛がヨーロッパに広がったと推測している。 4,000年前、雄のコブウシがペルシャ湾と南アラビアを経由して東アフリカに導入され、それが3,500年前のエジプトとソマリアの遺跡に反映されている。

牛の初期の家畜化の歴史の復元

これまでの研究は、牛の家畜化、特に初期の家畜化の歴史は私たちが想像していたよりもはるかに複雑であることを示唆しています。最近、アイルランドのダブリン大学トリニティ・カレッジのダニエル・G・ブラッドリーの研究チームが「オーロックスのゲノム自然史」と題する論文を発表しました。

論文タイトル画像

（画像出典：公式サイトのスクリーンショット）

科学者たちは、ユーラシア大陸に生息するオーロックス38頭と家畜牛34頭の古代ゲノム情報を用いて、4万7000年にわたる古遺伝学的研究を実施し、オーロックス初期の進化と家畜化の歴史を明らかにした。この研究は、「牛」の遺伝的起源に関する壮大な背景を提供し、オーロックスの進化過程に関する理解を大きく深めます。

オーロックスは65万年前にヨーロッパに初めて現れ、最終氷河期の10万年前までに、少なくとも北アジア、南西アジア、ヨーロッパの個体群を含むいくつかの異なる個体群に分かれていました。ヨーロッパの個体群では、オーロックスの 2 つのサンプル (46,000 年前と 47,000 年前) が最終氷河期後のサンプルと密接な遺伝的関係にあることから、ヨーロッパの個体群は最終氷河期の前後に継続的に存在していたことが示されています。

しかし、最終氷河期には厳しい気候のため、ヨーロッパにおけるオーロックスの生息地は、イベリア半島やバルカン半島を含む南ヨーロッパのいくつかの「避難所」にまで縮小されました。注目すべきことに、他のヨーロッパの古代のサンプルは、ほとんどがイベリア半島のサンプルと密集しており、異なる避難所のオーロックス個体群が他の個体群に異なる程度の遺伝的貢献をしたことを示唆している。

北アジアの個体群には更新世のオーロックス 3 種が含まれており、その地理的分布範囲はロシア西部 (約 41,500 年前) とアルメニア (約 13,900 年前) から東部のバイカル湖 (約 12,200 年前) にまで広がっています。 3つのサンプルは遺伝的混合を受けていない祖先の系統を示しており、著者らは生態学的障壁がヨーロッパとの接触を妨げたのではないかと推測している。しかし、完新世のコーカサスと中央アジアのオーロックスには明らかな遺伝的混合が見られ、これは完新世の環境条件の改善によってグループ間の交流が促進されたためと考えられる。

南西アジアの個体群には、トルコ中央部（約 7,600 年前）とアルメニア（約 7,100 年前）の 2 種のオーロックスが含まれています。さらに、北アフリカ（モロッコ、約 8,800 年前）のオーロックスも南西アジアの個体群と密接な遺伝的関係があり、地中海南部沿岸に沿った生態学的連続性を示唆しています。

前述のように、東アジアのオーロックスは独特な亜種である可能性があります。まとめると、オーロックスは家畜牛が家畜化される前からユーラシア大陸全土に広く分布しており、それが家畜牛の家畜化の個体群基盤となった。

牛は、約11,000年前に南西アジアに住む人々によって初めて家畜化されたが、初期の集団の遺伝的特徴は、氷河期に個体数が急激に減少したことを反映して、現代の牛の集団にわずかに残っているだけである。

オーロックスが古代西アジアで最大の動物の一つであったことを考慮すると、雌牛を捕獲し、繁殖を管理することは当初大きな課題であった可能性があります。したがって、著者らは、人間がオーロックスを家畜化したのは、伝統的な意味での受動的な家畜化プロセスではなく、主に意図的な餌の提供などの行為を通じてであると推測している。オーロックス類と家畜牛は何千年も共存しており、家畜牛の初期の普及期には家畜牛と非家畜オーロックス類の遺伝的混合が広く行われ、この混合が適応を促進した可能性がある。

結論

古代のオーロックスや家畜牛の化石の研究、特に古遺伝学的研究を通じて、家畜牛の起源と家畜化の歴史についてより深く理解することができます。しかし、牛の進化の歴史をより包括的に明らかにするには、より広範囲でより古い牛のサンプルを対象としたゲノム研究がまだ必要です。将来、これらの研究は牛の家畜化の全歴史を明らかにするための重要な証拠を提供し、牛の進化をより包括的に理解するのに役立つでしょう。

参考文献:

1. Rossi C、Sinding MHS、Mullin VE、他2024.オーロックスのゲノム自然史[J]ネイチャー、2024年：1-6。

2.Chen S、Ren L、Gao Y 他2024年。約3750年前のチベット高原における牛とオーロックスの交雑の証拠[J]。サイエンス速報、69(18):2825-2828.

3.Hou J、Guan X、Xia X、他。 2024.東アジアのオーロックスの進化と遺産[J]サイエンス速報、69(21):3425-3433.

4. Verdugo MP、Mullin VE、Scheu A、他。 2019.肥沃な三日月地帯における古代の牛のゲノム、起源、急速な回転[J]。サイエンス、365(6449):173-176.

5.Chen N、Cai Y、Chen Q、他。 2018年。全ゲノム再配列により、東アジアの家畜牛の世界的な祖先と適応的遺伝子移入イベントが明らかになった。ナトコミュニズム、9:2337。

6. Chen SG、Gao Y、Chen NB、他2024. 青海・チベット高原におけるヤクの家畜化に関する考古学的・遺伝学的研究の進歩と展望[J]。中国科学速報、69(11):1417-1428.