「手探りで川を渡る」彼は中国で初めてホタルを研究し保護した人物である

夏の夜にホタルを追いかける光景は、多くの人にとって子供の頃の思い出です。しかし、夜空を妖精のように照らすホタルがどのように光るのか、またその光をどのように制御するのかは、科学界において常に未解決の謎であった。

3月6日、ネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された論文でホタルの発光の謎が明らかになった。論文の筆頭著者は華中農業大学植物科学技術学院の教授である傅新華氏である。彼は中国でホタル研究に携わる最初の博士です。彼はホタルの多くの種を発見し、ホタル・ロイテリ、ホタル・ウーハン、ホタル・ドームなどと命名した。

ホタルの数が急激に減少していることに心を痛めた傅新華さんは、ホタル保護活動に積極的に取り組みました。彼は講演、本の執筆、写真撮影などを通じて、科学的なホタル観察とホタルの生息地の保護の概念を一般の人々に伝えました。また、ホタル環境保護団体「湖北ホタル研究センター」を設立し、中国で初めてホタルの研究と保護に取り組んだ人物としても知られている。

ホタルハンターになろう

傅新華さんは子供の頃からホタルに対する好奇心が旺盛だった。彼は、自分の好奇心が半分は子供らしい性格から、半分はホタルの起源についての両親の全く異なる主張から生まれたものだと認めた。ホタルはどうやって生まれたのでしょうか? 「腐った草が蛍に変わる」という喩えから、彼の父親は「牛の糞から蛍になるんだよ」と何気なく言った。しかし、母親はこう言いました。「ホタルは死んだ人々の魂で、提灯を持って現世で愛する人を探し、幸運と健康を祈っているのです。」母親のコメントのおかげで、傅新華はホタルに対してさらに畏敬の念を抱くようになった。

日が沈むと、小川の近くでホタルが光り、舞う（撮影：傅新華社）

青島で生まれ、海軍施設で育った傅新華氏は、2000年に山東農業大学で植物学の学士号を取得し、華中農業大学の昆虫学大学院に入学した。蒸し暑い夏の夜、道端の雑草の中に見つけた一点の光が、光るエルフに対する彼の子供時代の好奇心を甦らせた。これはホタルの幼虫です。巨大な球状の発光装置と長く点滅する光は傅新華を驚かせた。それ以来、彼はホタル研究の「どん底」に落ちていった。

ホタルはなぜ光るのでしょうか？光ることの用途は何ですか?傅新華の心の中には、次から次へと疑問が浮かんでいた。彼は指導教官にホタルの研究の許可を求めたが、当時中国では関連する研究はなく、文献もほとんどなかった。傅新華は混乱と未知なる感覚に直面した。周りの人々は困惑した。多くの教師やクラスメイトは彼にこう言いました。「ホタルの研究に将来はない。科学研究​​費を申請できないだろう…」父親さえも心配そうに彼に尋ねました。「ホタルを研究する意味があるのか​​？」傅新華はそれらを無視して、自分の興味に没頭した。

課題に立ち向かう

傅新華は湖畔の草の上を走り、茂みを縫って光る昆虫を追いかけた。彼が採集したホタルは研究室に持ち帰られ、彼の宝物となった。

「ホタルを研究するには、まずホタルをしっかり育てることが一番です。」傅新華は10年以上の努力を経て、高効率の「水生ホタル工場飼育技術システム」と「ホタル段階飼育技術システム」を確立した。これは、彼がその後の科学的研究を行うための基盤を築いただけでなく、ホタルの保護や景観の修復といった困難な問題も解決しました。

傅新華氏は科学研究に加え、大衆科学にも熱心に取り組んでおり、10冊以上の大衆科学の本を執筆しています。彼の仕事は皆に認められていたが、傅新華はそれだけでは十分ではないと感じていた。成虫ホタルの発光器官の発達メカニズムと発光制御メカニズムは、ホタル研究における最も基本的かつ最も難しい 2 つの問題です。彼はこの二つの「王冠の宝石」を選ぶと決心した。

夜間に現地調査を行う傅新華氏

「遺伝子レベルで研究を行うことで、科学的問題を根本的に解決できるかもしれない。」バイオテクノロジーの発展に伴い、傅新華は2015年にホタルの全ゲノムの解読を試みた。2017年には、徹底的に解読され組み立てられたホタルのゲノムが公開された。しかし、傅新華氏を困惑させたのは、比較研究を通じて、成虫のホタルの発光器官の発達と発光制御に直接関係する新しい遺伝子が見つからなかったことだ。研究は困難に直面した。

さらに悪いことに、現地調査中に傅新華は危うく命を落としそうになった。密林の中のホタルの生息地の特徴を調査していたとき、彼は足を滑らせて深い池に落ちた。極度の酸素欠乏の中、彼は水面に浮上して助けを求め、幸運にも救助された。

ホタル鑑賞

転機は2018年に訪れた。「共通の遺伝子が光る能力を進化させた可能性はあるだろうか？腹部の発達に関連する遺伝子から始めることで、より早く目標を達成できるだろうか？」傅新華は突然この考えを思いついた。

傅新華氏は、水生ホタルであるホタル・ロイテリの初期、中期、後期、成虫のトランスクリプトームを配列決定した後、ホメオボックス転写因子を特定した。これは動物の体型の発達を制御する発達調節遺伝子の一種であり、約 100 個の遺伝子が含まれています。その後、彼はチームを率いてこれらの遺伝子に対する干渉実験を一つずつ実施しました。実験により、2つの重要な転写因子「AlAbd-B」と「AlUnc-4」が相互作用して、発光タンパク質であるルシフェラーゼの発現を活性化および制御することが判明しました。これらの転写因子のいずれかをサイレンシングすると、ホタルは光らなくなり、暗くなることもあります。

同時に、傅新華氏はこれら2つの転写因子の作用メカニズムも解明した。細胞の観点から見ると、ホタルが光るのは細胞小器官であるペルオキシソーム内のルシフェラーゼの作用によるものです。ルシフェラーゼは細胞質中に大量に発現することが多く、ルシフェラーゼがペルオキシソームに入るためには、ペルオキシソームの膜貫通輸送タンパク質と切り離すことができません。 「これら2つの転写因子は、ペルオキシソームの膜貫通輸送体も制御し、それによって細胞質内のルシフェラーゼをペルオキシソームに輸送する」と傅新華氏は紹介した。

ホタルが作る「天の川」が草の上を流れる（撮影：傅新華社）

基礎研究を行うのは、「冷たいベンチ」に座っているようなものです。傅新華氏はホタルの研究を24年間続け、その間に「ベンチ」を作り、それを加熱してきた。ホタルはしばしば価値のない科学研究とみなされるが、傅新華はそうは考えていない。「実はホタル研究には大きな可能性がある。海外の科学者はホタルの光源の特性を基にバイオニクス研究を行い、LEDの発光効率をさらに向上させている。ホタルは医療、鉱業、航行などの分野にも応用されており、宇宙探査や癌治療などの最先端の方向にも広がっている。」

たとえ本当に何も得られなかったとしても、傅新華は追求し続ける意欲を失うことはないだろう。当時、無力感を覚えた彼は、ホタル研究の世界的権威である日本の学者大庭信良に、自分の困惑を綴った手紙を書いた。思いがけず、老人は自ら中国を訪れ、傅新華氏を見つけ、基礎研究に携わる科学者は誰も自分の研究が価値があると確信していないと告げた。多くの科学者は何も得ることなく一生を終えますが、人類の文明と功績はすべて、未知の世界を勇敢に探求する人々から生まれます。 「私は生きている間にホタルの謎を完全に解明することはできないと思います。次のステップは、2番目の『宝石』を見つけること、つまりホタルの閃光制御のメカニズムを明らかにすることです。」傅新華は、将来何をするかについて独自のペースを持っています。