先祖か兄弟か？人間の遺伝子に隠された進化の第三の可能性

制作：中国科学普及協会

著者: 王金紅 (中国科学院微生物研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

進化の樹上では、古代の類人猿や、それ以前の古獣類、さらには原始的な真核動物など、いくつかの種が人類の「祖先」となる。彼らがいなければ、私たちは存在しないでしょう。他の種は、私たちと共通の祖先を持ちながらも、進化の過程で分岐し、異なる存在となった「兄弟」です。

しかし、進化には、私たちと直接関係がなくても、私たちの成長の道に痕跡を残す「教師」や「隣人」のような第3の可能性はあるのでしょうか?言い換えれば、私たちの最近の祖先は、他の生物との共生やコミュニケーションの過程で、他の生物から特定の遺伝子や特徴を獲得し、それが現在まで生き残り、私たちが生き残るために頼っている能力になっている可能性もあるのでしょうか?

もちろん。

博物館の猿ルーシー

（画像出典：Wikipediaより）

2001年に壮大なヒトゲノム計画の完了が宣言されたとき、科学者たちは現代のヒトゲノム配列の解析を通じて、多くの人々を驚かせる結論に達しました。ゲノムに基づいて予測された2万以上のヒト遺伝子のうち、約200の遺伝子が特定されていた細菌遺伝子と非常に類似しており、これらの遺伝子は細菌に由来すると思われるというものでした。

当時のゲノム配列解析技術は完璧ではなかったため、一部の科学者はこの発見を、実験サンプルが細菌に汚染されていたと解釈した。その後の 20 年間で、配列決定のコストがどんどん低下するにつれて、ヒトゲノムの配列決定はさまざまな研究目的で何度も繰り返されました。総合的に比較した結果、サンプルの汚染では説明できない細菌に類似した遺伝子がまだ多く存在しました。

ゲノム配列解析

（写真提供：veerフォトギャラリー）

カリフォルニア大学サンディエゴ校の生化学者マシュー・ドーハティ氏とその同僚は、この疑問に着目し、コンピューターソフトウェアを使用して他の種における類似の配列を検索することで、何百ものヒト遺伝子の進化を追跡した。この研究は、初期の動物には見られなかったが、脊椎動物のゲノムに「突然」現れた（直接進化していないことを示す）遺伝子と、それに似た配列が現代の微生物に見られる遺伝子に焦点を当てた。

彼らがスクリーニングした数十の潜在的な脊椎動物の「外来遺伝子」の中に、IRBPという遺伝子があった。IRBPは、網膜と網膜色素上皮の間の空間に分布し、人間を含む脊椎動物の視覚形成に不可欠なタンパク質である光受容体間レチノイド結合タンパク質をコードする遺伝子である。

眼球の構造のうち、網膜は光刺激を感知する機能を持っています。

(画像出典: wiki)

このような重要な遺伝子はすべての脊椎動物に存在しますが、最も近い無脊椎動物には一般的に存在せず、代わりに細菌のペプチダーゼ遺伝子と非常によく似ています。

なぜこのようなことが起こるのでしょうか?

ドーハティ氏とその同僚は、5億年以上前に微生物がペプチダーゼ遺伝子を脊椎動物の共通祖先に伝えたと提唱した。進化の過程を経て、脊椎動物自体のいくつかの突然変異によりペプチダーゼ遺伝子が IRBP になり、脊椎動物の視覚系の形成にも関与しました。

この見解を裏付けるもう一つの証拠は、脊椎動物の視覚器官は「ゼロから始まって」おり、細菌のペプチダーゼが寄与した可能性がある他の生物の視覚機構とは異なる進化を遂げてきたことを生理学者がずっと以前から発見してきたことである。

実際、ドーハティ以前にも、多くの科学者が生物間の水平遺伝子交換の現象とメカニズムを研究していました。

ヒトゲノム内の内因性レトロウイルス配列は、古代のウイルスに対する人類の闘いの証です。多くのウイルスと相同性のある細菌や古細菌のCRISPRアレイ配列は、2020年のノーベル化学賞を受賞したCRISPR/Cas9遺伝子編集技術の開発につながりました。アグロバクテリウムが Ti プラスミドを植物ゲノムに挿入する能力は、今日では高等植物の遺伝子操作にほぼ必須の手段となっている。

（写真提供：veerフォトギャラリー）

しかし、メリーランド大学医学部ゲノム科学研究所のゲノム生物学者ジュリー・ダニング・ホトップ氏がコメントしたように、ドーハティ氏の研究は、種の間で水平遺伝子伝播が起こるだけでなく、水平伝播された遺伝子が新しい種に根付き、種が長期にわたる進化の中で新しい能力を獲得したり、既存の能力を強化したりすることを可能にする可能性があることを明らかにしている。

私たち人間の社会関係と同じように、生き物にも「年長者」や「親戚」だけでなく、「先生」や「友人」、「見知らぬ人」などがいます。よく見ると、生物の進化を遺伝学的観点から「樹木」として理解することは正確ではないかもしれません。長い間別れていた枝も、水平方向の遺伝子交換を通じてネットワークを構築し、繁栄することができます。

将来的には、より多くの科学者がこの「ツリー」上に隠された「ネットワーク」をさらに発見し、これらのネットワークによって人間の遺伝子に隠されたさらなる秘密も明らかになるだろうと私は信じています。

参考文献:

【1】Kalluraya CA、Weitzel AJ、Tsu BV 他脊椎動物の眼の進化における重要な革新の細菌起源[J]。米国科学アカデミー紀要、2023年、120(16):e2214815120。