マンモスの最後の個体群はどのようにして地球上から姿を消したのでしょうか?

4,000年前に「つい最近」絶滅した種であるマンモスは、どのようにして地球上から姿を消したのでしょうか?この疑問は常に科学者たちの興味を惹きつけ、探求されてきました。本土から隔離されたウランゲル島は、かつてケナガマンモスの最後の個体群が生息していた場所であり、研究者が答えを見つけるのに理想的な場所となっている。

雑誌「セル」に掲載された新たな研究は、ウランゲル島の孤立したケナガマンモスの個体群が近親交配と遺伝的欠陥により最終的に絶滅したという長年信じられてきた考えを覆すものである。言い換えれば、近親交配によって生じた遺伝的問題が絶滅の原因ではない可能性があり、彼らの物語はこれまで考えられていたよりも複雑である可能性がある。

著者 |ムム

映画「アイス・エイジ」では、本来は天敵同士だったマンモスのマニー、ナマケモノのシド、サーベルタイガーのディエゴという3匹の動物たちが、厳しい自然環境で生き残るために互いに助け合い、成長していく姿を描いています。

その中で、マニーは大柄で寡黙で優しい性格をしており、心の奥底には家族を失った悲しみを秘めています。温かさとユーモアに満ちたこの物語の背後には、遠い昔の氷河期に起こった自然環境の大きな変化が、いくつかの種の運命に与えた重大な影響も暗示されています。

映画「アイス・エイジ」

実際、ケナガマンモス（Mammuthus primigenius）は、最終氷河期に地球上で最も広く分布していた大型草食動物の 1 つでした。しかし、後期更新世の終わり（約1万年前）までに、地球上のほとんどの大陸から姿を消しました。気候変動による世界的な海面上昇により本土から切り離され、孤立した少数の個体群のみが残っている。この種の最も重要な個体群は、約4,000年前に絶滅するまで、東シベリア海とチュクチ海の間にあるウランゲル島に生息していました。

地質時代全体を通して、地球全体の急激な気候の変化により種の地球規模の絶滅が起こり得ることは容易に理解できるようです。しかし、ウランゲル島で約6,000年も生き延びてきたケナガマンモスが、なぜ最終的に絶滅を免れることができなかったのだろうか？

人類の文明がすでに形を整え、発展し始めていた時期に、ウランゲル島のケナガマンモスに一体何が起こったのか、と問わずにはいられません。

最後の日々の物語

ウランゲル島の孤立した環境により、私たちは保存状態の良いマンモスの遺骨を入手することができ、この小さな個体群がどのようにして長期間生き残り​​、最終的に絶滅したかを研究する機会を得ることができました。近年の遺伝子配列解析技術の発達と相まって、科学者はこの孤立した集団の生存と進化の物語をさらに解明することが可能となっている。

今年6月、科学誌「セル」はスウェーデンの科学者が率いる国際チームの最新の研究結果を発表した。この研究では、シベリア大陸の広い地域と孤立したウランゲル島のマンモスのゲノムを5万年にわたって比較し、シベリアのケナガマンモスの最後の日々の詳細な物語を明らかにした。この新たな発見は、この孤立したマンモスのグループとその小さな個体群の進化に関する私たちの理解に疑問を投げかけるだけでなく、今日の絶滅危惧種の保護にも重要な意味を持っています。

具体的には、研究チームは、新たに配列が決定された13のサンプルと何年も前に発見され配列が決定された8つのサンプルを含む、21頭のシベリアケナガマンモスのゲノムを分析した。これらのサンプルは、マンモスがウランゲル島で外界から隔離されていた時代を含む、後期更新世から完新世までの期間をカバーしています。面積的には北半球の大陸とウランゲル島をカバーします。その中で最も古いゲノムサンプルは、約52,300年前に死んだメスのシベリアマンモスのものでした。 「最も若い」標本はウランゲル島の雄のマンモスのもので、両頭とも4,000年以上前に死んだ。

シベリアマンモスの牙の残骸

研究者らは、高度な古代DNA配列決定技術と一連のバイオインフォマティクス分析手法を使用して、これらのサンプルのゲノム多様性、近親交配、ゲノム全体のヘテロ接合性、ホモ接合性領域（ROH）などの指標を評価しました。

これに先立ち、突然の気候変動がマンモスの広範囲にわたる絶滅を招いたと一般的に信じられていました。この最新の研究で、科学者らは、マンモスは確かに「気候の乱れの時期」を経験したが、このプロセスは早くも約2万年前に始まっていた可能性があると指摘している。約14,700年前から12,900年前の急速な気候温暖化の時期でさえ、科学者たちは温暖化がマンモスの個体群のゲノムに悪影響を及ぼしたという証拠を発見しなかった。 「氷河期末期の多種多様な絶滅の原因と考えられる現象である急激な気温変化が特徴的な期間に、マンモスの近親交配やゲノム全体のヘテロ接合性に関連するゲノム変化は観察されなかった」と研究者らは述べた。

しかし、研究チームは、ケナガマンモスがウランゲル島で隔離された後、海面上昇前と比べてその遺伝的相同性が4倍に増加したことを発見した。遺伝的相同性の増加は、個体の染色体が同一または類似の祖先から来ている可能性が高くなることを意味します。つまり、遺伝的悪影響は、最後のケナガマンモスがウランゲル島で生き残り、外界から隔離されて初めて明らかになったのです。

研究チームは、ゲノム特性の分析とシミュレーションを通じて、ウランゲル島に入って「孤立」した後、ケナガマンモスの個体群が深刻な「ボトルネック」現象を経験したことを明らかにした。最悪の時には、ウランゲル島のマンモスの総個体数は 10 頭未満でした。

しかし、レースにとって「生死」のこの重大な瞬間を経験した後、不思議なことが起こりました。マンモスの個体数はその後の20世代で200～300頭のレベルまで急速に回復し、その後6,000年間安定した個体数、近親交配レベル、遺伝的多様性を維持しましたが、4,000年前に完全に絶滅しました。

さらに、初期の「ボトルネック」期間の集団特性とは異なり、時間の経過に伴う集団ゲノム特性は、マンモスのグループ間の繁殖が、最終的には非常に近い近親交配からより遠い関係のペアリングに移行したことを示しました。これは、ゲノム全体で発見されたヘテロ接合性の緩やかな減少とも一致しています。

この結論は、ウランゲル島のマンモスが逆境を乗り越えた後、近親交配による遺伝的問題が彼らの絶滅の原因ではなかった可能性があり、彼らの物語はこれまで考えられていたよりも複雑であることを示唆している。

ウランゲル島の面積は約7,608平方キロメートルで、これらの大型動物に十分な生息空間と資源を提供するのに十分な広さです。

「隔離」されてから6000年の間、近親交配による人口抑制（近親交配とその結果生じる欠陥による死亡率の増加）に苦しんだものの、近親交配は「有害な」深刻な突然変異の排除もある程度加速させました。

言い換えれば、「有害な」深刻な遺伝子変異を持つ 2 人の個体は、子孫を繁殖できないことが多く、繁殖した子孫は出生後に死亡する可能性が高くなります。集団全体の観点から見ると、生き残った子孫が「有害な」遺伝子変異を持つ可能性は低くなります。つまり、ウランゲル島のマンモスにとって近親交配はそれほど悪いことではなかったようです。

古遺伝学者で論文の筆頭著者であるマリアンヌ・デハスク氏は、「有害な遺伝子変異を排除する」ことはおそらく長い進化の過程であるだろうと述べた。さらに、ウランゲル島のマンモスの個体群における「有害な遺伝子変異の排除」は6,000年以上にわたって続いた。

これは、ケナガマンモスが近親交配の悪影響に苦しんでいた一方で、「有害な」重度の突然変異が排除されたため、その個体数は安定しており、このプロセスが何千年も続いたことを意味します。この発見は、ウランゲル島の孤立したマンモスの個体群が近親交配と遺伝的欠陥により最終的に絶滅したという長年の信念を覆すものである。

4000年前に突然何が起こったのでしょうか?

マンモスは、最終氷河期の最も魅力的な種の一つであり、突如絶滅するまで6,000年間ウランゲル島で安定して生き延びた種であるため、長い間、孤立した小さな個体群を研究するための優れた教科書モデルとみなされてきた。地球上で私たちのすぐ近くに生息する小さな個体群がどのようにして絶滅したのかを探ることは、マンモスの歴史的運命についての理解を深めるだけでなく、絶滅危惧種の保護に向けた新たな遺伝学的知見も提供することになるでしょう。もちろん、これらは単なる意味であり、人間の好奇心こそがマンモスの謎を飽くなき探求する原動力なのです。

以前の研究と合わせて、学術界は複数の遺伝的プロセスが小規模な個体群の絶滅リスクを高めると常に信じてきました。まず、小規模で孤立した集団では、時間の経過とともに有害な遺伝子変異が徐々に蓄積され、適応度が低下し、さらに集団の規模が縮小することが予想されます。第二に、小規模な集団でよく見られる近親交配は、適応度に悪影響を及ぼすため、絶滅リスクを高めるとも考えられています。第三に、ゲノム全体にわたるヘテロ接合性の減少は、集団の適応能力の喪失につながり、集団が環境の変化に適応したり病原体に抵抗したりする能力を制限する可能性があります。

これらの仮定に基づくと、小規模で孤立した集団のゲノムは時間の経過とともに加速的に減少すると推測できます。しかし、最近Cell誌に掲載された論文では、長期にわたってこれら3つのゲノムレベルのパラメータに大きな変化は見られなかった。研究結果に基づくと、ウランゲル島のケナガマンモスの個体数は「ボトルネック期」の後に急速に回復し、その後の6,000年間の島の孤立期間中も安定していたようにさえ見える。研究者らは、回復した個体群が十分に大きく、6,000年にわたる隔離期間中にマンモスが繁殖行動を変え、最も近い一親等または二親等の近親者との交配を避けていたことも発見した。

研究でマンモスの個体数と多様性/近親交配の変化が判明

しかし、研究者らが遺伝子変異負荷を分析したところ、マンモスの個体群内での近親交配によって生じた「非常に有害な」変異は排除されたが、同時に「中程度」または「軽度」の有害な変異の頻度が増加していることが示された。つまり、小規模な集団では、徐々に蓄積された「非常に有害な」遺伝子変異は排除されますが、「軽度に有害な」遺伝子変異の頻度は時間の経過とともに増加します。

例えば、研究者らは、ウランゲル島のケナガマンモスの個体群における主要組織適合遺伝子複合体（MHC）の多様性が、後期更新世のマンモスに比べて 49.2% 減少していることを発見しました。 MHC遺伝子は免疫反応において重要な役割を果たしており、ウランゲル島のマンモスは病気にかかりやすかった可能性があることを示唆している。後期更新世のマンモスと比較すると、完新世のマンモスのゲノム全体のヘテロ接合性は 40% 以上減少しました。前述のように、ゲノム全体でヘテロ接合性が減少すると、集団が環境の変化に適応したり病原体に抵抗したりする能力が制限される可能性があります。

研究チームはウランゲル島のマンモスの個体群に何らかのゲノム指標の証拠を発見したが、それが個体群に過度な影響を与え、マンモスの個体群の長期的な成長率がマイナスになるほどで​​はなかったようだ。例えば、既知の人間の病気との比較では、有害な遺伝子変異を除去するプロセスによって、聴覚や視覚などさまざまな感覚の発達に重要な遺伝子が破壊される可能性があることが示唆されています。しかし、これがマンモスの最終的な絶滅につながった可能性は低い。同様に、それらの軽度に有害な遺伝子変異は、時間の経過とともに蓄積されたとはいえ、マンモスの最終的な絶滅の主な原因ではなかっただろう。

そして最も重要なのは、データが、4,000年前のウランゲル島のマンモスの絶滅が急速に起こったことを示していることだ。では、ウランゲル島でマンモスが最終的に絶滅した理由は何だったのでしょうか? 6,000年間続いた安定状態がなぜ突然崩れたのか？

研究チームはいくつかの仮説も提唱し、さらなる研究を行った。ウランゲル島のマンモスの個体群間の近親交配の問題が、最終的な絶滅を引き起こすのに十分ではなかったとしたら、真実は何だったのでしょうか?

それは人間の活動の影響なのでしょうか?結局のところ、過去数世紀にわたって、人間の活動により世界中の多くの種が絶滅の危機に瀕してきました。

人類の文明は4,000年前には地球の大陸の多くの隅々にまで広がっていたが、現存する証拠によれば、ウランゲル島に人類が初めて現れたのは、マンモスが島から姿を消してから約4世紀後の約3,600年前と推定される（ただし、人間はマンモスと共存しており、後期更新世に本土でマンモスが姿を消す一因となった可能性もあるが、ウランゲル島のマンモスも同様であったという証拠は今のところない）。

そのため研究者らは、病気の流行や気候や環境の劇的な変化など、他の何らかの突然の出来事とマンモスの個体群の脆弱な適応力が相まって、ウランゲル島のマンモスの最終的な絶滅につながった可能性があると仮説を立てている。

もちろん、研究者らは、分析データに基づくと、中程度の影響の遺伝子変異が時間の経過とともに蓄積され、臨界点に達し、最終的にマンモスの個体群の持続不可能な状態に至った可能性も否定できないとも述べている。あるいは、もっと保守的に言えば、生態学的プロセスと遺伝学的プロセスの組み合わせがマンモスの絶滅をもたらした可能性がある。

この研究によって得られた最新の知見は、絶滅危惧種の現在の保護にとって非常に重要であり、保全生物学の分野にも幅広い影響を及ぼすでしょう。

誰かがマンモスを復活させるのでしょうか?

マンモスの死を研究する人もいれば、マンモスの復活を研究する人もいます。

映画「ジュラシック・パーク」を観ると、マンモスを復活させる理由と方法がよりよく理解できるようになります。さらに、シベリアの永久凍土で比較的保存状態の良いマンモスの化石が発見されましたが、この種は 4,000 年前に「つい最近」絶滅したばかりです。したがって、生態学的または道徳的な観点からは、恐竜を復活させるよりもマンモスを復活させる方が受け入れられやすいのです。

マンモスの復活を支持し推進する主な代表者といえば、アメリカの遺伝子工学者ジョージ・チャーチを挙げなければなりません。

2008年、ジョージ・チャーチは初めてマンモスを復活させるというアイデアを表明した。マンモスとアジアゾウはDNAの99.6%が同じであるため、ジョージ・チャーチのチームがマンモスを復活させるための基本的な考え方は、まず北極圏で凍結されたマンモスから十分な古代マンモスの遺伝子を入手し、次に十分な数の重要なマンモスの遺伝子をアジアゾウのゲノムに移植して接合し、最後にアジアゾウで発育できる機能的な胚を入手し、アフリカゾウとアジアゾウを潜在的な代理母として使用するというものです。このようにして、最近絶滅したこの生物は私たちの生活に戻ってくることができるのです。

2015年、ジョージ・チャーチと彼の遺伝学チームは、CRISPR遺伝子編集ツールを使ってマンモスの遺伝子をアジアゾウのゲノムにコピーした。同年、彼の研究室はマンモスの遺伝子をゾウの皮膚細胞のDNAに組み込むことに成功した。

2021年、彼はアメリカ人起業家ベン・ラム氏と共同でコロサル・バイオサイエンスというバイオテクノロジー企業を設立し、シードラウンドの資金調達で1500万ドルを獲得した。同社は、遺伝子編集技術を通じて絶滅危惧動物を保護し、これらの動物を利用して北極の生態系を再構築し、気候変動に対処することが使命であると発表した。 2028年までにマンモスの赤ちゃんを産むことも正式に提案されている。

ベン・ラムとジョージ・チャーチ

2022年3月、Colossal BiosciencesはシリーズA資金調達で6,000万ドルを調達しました。 2023年1月、Colossal BiosciencesはシリーズBの資金調達を完了し、1億5,000万ドルを調達し、企業価値は10億ドルを超えました。コロッサル・バイオサイエンスは、タイム誌の2023年最も影響力のある企業100社にも選出された。

コロッサル・バイオサイエンス社は今年3月、アジアゾウの成熟した皮膚細胞を研究室で人工多能性幹細胞（iPSC）に再プログラムすることに成功したと発表した。これはマンモスの復活プロジェクトにおける重要なマイルストーンと言える。

マンモスの復活は一見SFの世界のように思えるかもしれないが、どうやら私たちは近いうちに「マンモスをもう一度見る」機会を本当に得るかもしれないようだ。

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