1990年代生まれで、学校を中退して仕事を辞めた男性が趣味で科学研究を行い、その結果がサイエンス誌に掲載された。

彼は子供の頃から昆虫を観察することが大好きで、特に蝶に魅了されています。彼の家族全員が彼のために虫を捕まえるための網を作りました。彼は成長して4か国を旅して研究し、蝶の羽の色を調節する秘密を発見しました。関連論文は12月6日にサイエンス誌に掲載された。

著者 |ルフィ

ティエン・シェンは学部課程から博士課程、そしてポスドク研究まで、4つの国を渡り歩き、オーストラリア、日本、シンガポール、アメリカの有名大学で学び、研究してきました。唯一変わらないのは、蝶に対する彼の興味だ。

特に蝶の羽の色は、太陽の下で深い青から暖かい赤、神秘的な紫からまばゆいばかりの金色まで、色とりどりの光を反射します。これらの色は、翼の間に隠された秘密の言葉のように、生命の神秘を物語っています。これらの色は単なる装飾のためだけのものではありません。これらは蝶とその環境との相互作用の結果であり、自然選択の傑作であり、生物学的適応性の現れです。

12月6日、シンガポール国立大学の博士研究員であるティアン・シェン氏が第一著者としてサイエンス誌に研究論文を発表し、蝶の羽の色を制御する謎を明らかにした。

東部時間午前8時、「ファンプ」はティエン・シェンと接続した。カメラが向けられると相手は恥ずかしそうな笑顔を見せ「大丈夫ですよ、緊張していません」と笑顔で話した。

ティエン・シェン出典：私自身が提供

5年間の努力

2019年8月、ティエン・シェンはスーツケースを持ってシンガポール国立大学にやって来て、それ以来、博士課程への旅のバネを締めてきました。彼の言葉を借りれば、「この5年間、一度も休む勇気がなかった。博士号を取得して卒業するまで両親に会ったことはなかったが、両親は私に会いに来た。」

食堂、寮、研究室が天神の3つの窓口です。シンガポール国立大学のアントニア・モンテイロ研究室での彼の研究は、鱗翅目（蝶と蛾）の羽の模様の多型の遺伝的、発達的、進化的メカニズムに焦点を当てています。

生物学において、多型性とは、イギリスのシラカバガの「産業的黒化」の典型的な例のように、変化する環境における同じ自然集団内の生物の異なる形態を指します。

この事例は高校の生物学の教科書にも記載されていました。イギリスの産業革命以前は、シラカバガは木の幹の白い地衣類に溶け込むようにほとんどが白色でした。産業革命後、汚染が進むにつれて、煤によって地衣類が枯れ、木の幹が黒くなり、シロシラカバガが黒い環境にさらされ、鳥による捕食に対してより脆弱になりました。この時、集団の中に黒いシラカバガが出現した。黒いタイプは、すすで汚染された環境では隠れやすく、捕食者に発見される可能性が低いため、わずか数十年で急速に全個体群を支配しました。

多型は DNA 配列の変化によって発生し、同じ遺伝子座に複数の対立遺伝子が生じ、異なる表現型が生成されます。メラニン化したシラカバガが何世代にもわたって受け継がれる理由には、多型性が関係しています。

シラカバマダラの他にも、枯れ葉蝶の葉型擬態やカイコの白黒模様など、1億年の歳月を隔てて進化し、同様の羽の色の多型性を持つ蝶や蛾は数多く存在します。

鱗翅目昆虫の羽の模様の多型に関する研究で、ゲノム領域が進化のホットスポットとして特定されました。

このゲノム領域は、「皮質」と呼ばれるタンパク質コード遺伝子を囲んでいます。過去 10 年間にわたる多数の全ゲノム関連解析により、鱗翅目昆虫の 1 億年にわたる進化において、メラニン関連の羽の模様の多様性の形成はこのゲノム領域と切り離せないものであることが明らかになりました。そのため、科学者たちは、このゲノム領域において、メラニンが生成されるかどうかを制御する重要な遺伝子は皮質であると常に信じてきました。

しかし、ゲノムワイド関連解析では、統計的手法を通じてさまざまな羽の色に関連するゲノム領域を見つけることしかできず、どの遺伝子が色を制御しているかを正確に判断することはできません。

矛盾する証拠が大量にあることから、皮質が本当にメラニン形成を制御する鍵であるのかどうか疑問視されています。たとえば、皮質遺伝子をノックアウトした後、明らかな違いが見られた個体は約 10% だけでした。このことがきっかけで、Tian Shen は、皮質以外にも、これまで無視されていた非コード遺伝子 miRNA など、このゲノム領域にある他の遺伝子の機能のテストを開始しました。これが Tian Shen の研究の「快適領域」でした。 「博士課程の学生として鱗翅目の羽のパターンの発達進化を研究し始めたとき、このホットゲノム領域では、皮質遺伝子の隣に実は miRNA があるのに、それが無視されていたことに無意識のうちに気づきました。」

miRNA は小さな非コード RNA であり、ほとんどの遺伝子のようにタンパク質をコードしませんが、標的遺伝子の発現を阻害することで遺伝子制御に重要な役割を果たします。

この研究で、ティアン・シェンは皮質遺伝子のすぐ隣に位置する miRNA（mir-193）を発見しました。そこで彼は、遺伝子編集ツールであるCRISPR-Cas9を使用して、大きく異なる3種の蝶のmir-193をノックアウトした。研究では、mir-193をノックアウトした後、アフリカチョウ（Bicyclus anynana）、モンシロチョウ（Pieris canidia）、ヒスイアゲハ（Papilio polytes）の羽の黒と暗い色が消え、白と明るい色だけが残ることがわかった。

mir-193 をノックアウトする前と後の蝶の色の比較 |出典：論文

皮質を含む同じゲノム領域内の他の 4 つのタンパク質コード遺伝子をノックアウトしても、羽の色には影響がありませんでした。対照実験により、鱗翅目昆虫のメラニンの羽の色パターンの多型性を制御する鍵となるのは、cortex やその他の近くのタンパク質コード遺伝子ではなく、mir-193 であることが示されました。

mir-193はチョウ目昆虫だけでなく、人間を含む動物界全体に存在しているため、研究成果の普遍性を広げるために、研究チームはミシガン大学と協力し、チョウ目以外の昆虫であるショウジョウバエにおけるmir-193の機能を試験した。驚くべきことに、mir-193 はショウジョウバエのメラニン生成も制御しており、これは mir-193 が鱗翅目以外の生物の色も制御できることを示唆しています。

「この研究には、私の研究室やアントニア・モンテイロの研究室のメンバー、東京大学のチェン・クミコ研究室（ティアン・シェンが修士号を取得している場所）、藤原春彦研究室、ミシガン大学のパトリシア・ウィットコップ研究室など、多くの人が関わっています。」

蝶を守り、物品を守る

講義中のティエン・シェン |出典：私自身が提供

なぜ天神はこの5年間、一瞬たりとも休むことをしなかったのでしょうか?

蝶と記事を守りたいからです。

2020年、研究室の蝶が菌に感染して次々と死んでしまい、多くの研究プロジェクトが中断され、書きかけの論文が未完成のまま残される事態となった。研究室では何度も衛生と消毒の努力が払われたにもかかわらず、蝶は次々と死んでいった。幸いなことに、ティエン・シェンの蝶は無事でしたが、この「小さな妖精」のグループは彼を一日中不安にさせました。

そこで彼は蝶のための新しい家を見つける計画を立てました。偶然にも、同じ階にインド人の教授の空き部屋があったので、ティアンはそれを借りたいと頼みました。 「おかげさまで、記事の最後にこの教授に特に感謝の意を表しました。」

次に、ティエン・シェンが毎日寮を出るときに最初にやることは、借りた部屋に行って「汚染される前に」関連する実験を行うことでした。実験を終えると、彼は研究室に戻って他の事柄を完了した。夜、自宅に戻ったら、まず最初にやることは、翌日の蝶を汚さないように「体をきれいに洗う」ことです。

休暇中、ティエン・シェンさんは研究室に残された「実験者」となり、仲間の学生が実験に使う蝶の世話も手伝った。幸運なことに、彼の世話のおかげで、蝶たちはすべて生き残りました。

ティエン・シェンがシンガポールで集中的な実験を行っていた一方で、蝶を研究していた2つのアメリカのチームも同じ研究分野で大きな進歩を遂げた。彼らは、長い非コードRNA「アイボリー」が同じホットスポットゲノム領域でメラニン生成を調節できることを発見した。

「学界の雰囲気は比較的包容力があり、オープンです。相手も研究をしていると知り、今年2月に3研究室で同時にプレプリントを発表することに合意しました。8月と10月にそれぞれPNAS（米国科学アカデミー紀要）に論文2本が掲載されました。お祝いに行きました」ティエン・シェンは自信を持ってこう言った。「しかし、私たちの仕事はもっと詳細で完璧だと確信しています。」

その後、ティエン・シェンは象牙が実はmir-193の前駆体であることを発見した。ここにも面白いエピソードがあります。当時、天神氏は「象牙がmir-193の前駆体である」ことを完全に証明するために追加の実験を加えたいと考えていたが、できるだけ早く論文を発表したいとも考えていた。彼は決断できなかったので、上司と話し合いに行きました。最終的に、彼はまずそれをジャーナルに提出し、その後、最初のレビューラウンドの時間を使って追加の実験を完了することに決めました。

「私が追加した実験は、ある結論を裏付けるために非常に重要だと思います。ですから、たとえ査読者がそれを取り上げなかったとしても、その後の査読プロセスでこの結果を追加したいと思っています。私は自分の論文の査読者になりたいし、自分の研究が完璧なものであってほしいと思っているからです。」

案の定、最初のレビューの後、3人のレビュー担当者全員がこの成果を高く評価しました。査読者の一人は、証拠の連鎖全体がより完全なものとなるよう、mir-193 の前駆体が象牙であることを直接証明する実験を追加することを提案した。

実は、これに先立って、Tian Shen はすでに追加の実験を完了していたため、レビューのコメントを受け取った後、すぐに第 2 稿を返送しました。 「審査員が不正行為をしていると思うのではないかと心配したほどだ」とティアン・シェンさんは笑顔で語った。

論文はすぐに受け入れられ、査読者から非常に高い評価を得ました。 「これは蝶の羽の模様の分野、さらに広くは進化の発達に大きな影響を与え、このテーマに関する一連の新たな研究の基礎を築くことになるだろう。」 「この研究は、ゲノムワイド関連解析研究においてタンパク質コード遺伝子だけに焦点を当てることはできないことを警告している。」

子どもの頃から祖父が私に魚網を作ってくれました。

ティエン・シェンは1993年に河北省秦皇島で生まれました。彼は子供の頃から昆虫に非常に興味を持っていました。他の子供たちがおもちゃのせいでまだ泣いている間、彼は小さな花壇で一人で半日を過ごし、蝶や蛾を大きな興味を持って見つめていました。両親は泥だらけの息子を見ても責めるどころか、たくさんの図鑑や蝶の標本を買ってあげました。

母親が日本に住んでいて、父親が銀行の仕事で忙しかったため、彼は子供の頃から祖父母と一緒に暮らしていました。彼の祖父は蝶を捕まえるための網をたくさん作ってくれた。最初は竹の棒を使っていたのですが、何本折れたかわかりませんでした。その後、彼は単にそれを鋼管に取り替えたが、「それは持ち上げるには重すぎた」という。

高校生になるまで、生物学は彼の好きな科目でした。 「宿題をするときは、おいしい食べ物を最後に残しておきたいのと同じように、生物学の宿題はいつも最後に残します。」 2012年6月、天神さんは南開大学に入学した。生物学が彼の第一希望だったが、結果は予想に反し、第二希望の口腔科学に合格した。

ティエン・シェンは、希望していた生物学を専攻できなかったため、非常に落ち込んでいました。そこで彼は入学から2か月後、思い切って退学し、IELTSの準備と海外の学校への出願に集中することを決意しました。翌年の2月、ティエン・シェンは生物学を学ぶためにオーストラリアに行き、最終的にオーストラリア国立大学で理学士号を取得しました。彼は母親と長年離れていたため、修士課程を検討する際に、日本の東京大学を選び、程久美子研究室で miRNA の研究を行いました。

日本では、修士課程は「博士前期課程」と呼ばれ、通常 2 年間続きます。修士課程を修了した後、学生は「ポストドクター課程」に進むことができます。これは通常 3 年間続き、中国の博士課程に相当します。

修士号を取得した後、ティエン・シェンさんは博士課程を続けるか就職するか迷っていたため、世界的に有名な「蝶の研究所」を目指して博士課程に応募し、業界の職にも応募しました。その結果、東京大学、ケンブリッジ大学、シンガポール国立大学から入学許可を受け、戦略コンサルティング会社からも協力を得られた。

博士課程の入学時期が遅いことを考慮して、ティエン・シェンはまずコンサルティング会社に入社し、高給で立派なホワイトカラー労働者になることを決意しました。一日中空高く浮かぶキュービクルの中でコーヒーを飲み、パソコンの前に座り、遠くを眺めると皇居も見えます。これは素晴らしい人生ではないでしょうか？しかし、ティエン・シェンはこのような生活をどうしたらいいのか分からなくなっていた。 「試行錯誤を重ねて初めて、自分が本当に好きなのは科学研究だということに気づいたのです。」

3か月間働いた後、ティエン・シェンは博士号取得を目指す決心をしました。しかし、ティエン・シェンさんは東京大学、シンガポール国立大学、ケンブリッジ大学のどれを選ぶか非常に悩んでいました。

2019年7月、ティアン・シェンさんはシンガポール国立大学の指導教官アントニア・モンテイロさんから「8月に新学期が始まりますが、いつ来ますか？」というメールを受け取った。そこで、ある晴れた土曜日に、ティエン・シェンは両親に電話してこの件について話し合い、最終的に4か月間務めていたコンサルタントの仕事を辞め、博士号を取得するためにシンガポールに行くことを決意した。

アントニア・モンテイロは蝶に魅了されたポルトガルの芸術家です。彼女の家の壁の1つにはモザイクタイルで作られた蝶の羽の模様があり、それはティエン・シェンをとても魅了しています。実は彼は子供の頃から美術の訓練を受けていたのです。中学生の頃は美術の受験生と一緒に講習を受けていました。彼の絵は美術試験の受験者の中でしばしば最も優秀だった。 「先生は私に美術の試験を受けるように勧めてくれました。」

「アントニア・モンテイロと私はとても仲が良く、彼女は私に才能を伸ばすための広い場を与えてくれました。私は博士課程の学生として4年間、ポスドク研究員として1年間ここで働きました。アントニアは精神的にも経済的にも私を支えてくれました。彼女は研究資金の面で多くの支援をしてくれましたし、私たちは問題を議論する際にお互いに共鳴することができました」とティアン・シェンは指導者に感謝の意を表さずにはいられませんでした。「そして私は卒業するまで彼女と密接な関係を保っていました。」

ティエン・シェンさんは今年10月、米国デューク大学からハーギットフェローシップを受賞し、現在はアニ・マゾ・バルガス研究室で蝶の研究に関する博士研究員として研究を続けている。ティエン・シェンさんは「将来は自分の研究室を設立し、好きな研究を続けていきたい」と語った。

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