脳は寄生虫ですか？

少し前に、ネットユーザーが「脳が寄生虫である可能性はありますか？」と質問しているのを見ました。

まず第一に、脳は絶対に寄生虫ではありません!なぜそんなことを言うのですか？最も重要な証拠は、脳細胞と他の体の細胞がまったく同じ完全なゲノムセットを持っているということです。寄生であろうと共生であろうと、両方の生物が必要です。たとえ共生であっても、ゲノムは2セットあるはずです。

今日は、生物識別基準と寄生の観点からこのテーマについてお話しします。

01. 生物学的識別のゴールドスタンダードの観点から

たとえば、私がよく知っているミトコンドリアを例にとってみましょう。

ミトコンドリアとヒトゲノムは全く異なるものです。ミトコンドリアゲノムは 16,569 バイトの長さで、主に呼吸鎖に関連する 37 個の遺伝子をコードしています。ヒトの核ゲノムは 30 億バイトの長さで、すべての内容を含めて 20,000 ～ 30,000 個の遺伝子をコード化しています。

両者の間には配列の相同性はありません。脳組織やその他の組織のゲノムはすべてヒトの核ゲノムです。

過去の多くの分類方法は誤りが起こりやすかったため、現代の生物学的分類と識別のゴールドスタンダードは、外見上の特徴ではなくゲノムに基づいています。見た目が異なっている種の中には、実際には同じ属に属するものもあれば、非常によく似ているが実際には非常に離れた属に分類されるものもあります。例えば、ネズミに似たツパイは実は人間の近縁種であり、チベタン・マスティフとティーカップ・ドッグは全く異なる種のように見えますが、生殖上の隔離さえありません。

脳は人体の他の部分と遺伝的に同一であるため、同じ生物であることは明らかです。

02. 寄生の観点から

1. 人間は受精卵から成長します。寄生虫だとしたら、いつ侵入して感染したのでしょうか?

第二に、人体のすべての臓器の特徴は 23 対の染色体によってコード化されており、これはすべての世代に当てはまります (ダウン症候群を除く)。寄生性であればゲノムに組み込まれません。

3. 神経系は非常に古くから存在し、突然現れたものではありません。それは多細胞生物の多様化の結果です。

最後に、共生仮説についてお話いただきました。実際のところ、共生と寄生は全く異なるものです。一部の遺伝子は私たちに吸収され統合されますが、統合されると、もはや互いに分離されておらず、システム全体の発現調節を受ける新しいシステムが形成されます。ミトコンドリアだけを切り離しても、元の細菌や生命に戻すことはできないのと同じです。

人間の寄生虫といえば、回虫と住血吸虫が代表的な寄生虫です。それは自然に生成されるものではなく、出生後に形成されるものです。

ちなみに、これは実のところちょっとしたパラドックスです。これらが 2 つの生物である場合、それらは寄生生物です。そのうちの 1 つが統合されると、それはもはや寄生的ではなく、同じ種類の生命になります。この状況は非常に一般的です。私たちのゲノムにはそのようなマークがたくさんあります。たとえば、数百万年前にヒトゲノムに侵入したウイルスは、ヒト胚性幹細胞の遺伝子のオンとオフのモードを変えました。

03. 補足1: 共生仮説

細胞内共生仮説では、ミトコンドリアとヒト細胞は互いに独立しており、ミトコンドリアは最終的に細胞に取り込まれて細胞小器官になるが、依然として独自の DNA セットを保持しているとされています。

内部共生関係の証拠は、ミトコンドリアが独自の独立した DNA と二重膜システムを持っていることです。

しかし、ミトコンドリアは単独では生存できません。 37 個の遺伝子を合成できますが、合成機構などの他の必須遺伝子は、合成を助ける体細胞を必要とします。体細胞がなければ、ミトコンドリアは消滅します。したがって、比喩的に言えば、1 つの国、2 つのシステムと考えることができます。

例えば、ミトコンドリアと葉緑体は共生関係にあります。これらが共生関係にあると言われる理由は、一方が熱を発生し、もう一方が光を吸収できるからなのでしょうか?もちろん違います。もしそれらが特別なものであるならば、ゴルジ体は高度な技術者であり、小胞体は高度な膜機能を持ち、リボソームはニューオリエンタルのシェフとなるでしょう。では、なぜそれらが共生関係にあるとは言及されないのでしょうか?根本的な理由はただ一つだけです。葉緑体とミトコンドリアは独自のゲノムセットを持っており、それは人間や植物のゲノムとはまったく異なります。むしろ、それらは細菌と非常によく似ています (環状 DNA、70 年代のリボソーム、アミノ酸は実際には N-ホルミルメチオニンです)。だからこそ、共生仮説が存在するのです。

以下は、それがどのように形成されたかについての推測です。前提は2つあると思います。

まず、当時の地球はまだ単細胞生物でした。その理由は、多細胞でミトコンドリアを飲み込む場合、すべての細胞にミトコンドリアがあるという保証がないからです。

第二に、ミトコンドリアと体細胞はすでに独自の独立した界として出現しており、ミトコンドリアは細菌界に属し、体細胞は真核生物界に属しています。その理由は主に両者のゲノムが異なることに基づいています。

このとき、ミトコンドリアは狂信者のように、狂ったようにエネルギーを生産し、急速に増殖します。

体細胞に関しては、この時点ですでにより高度な機能を備えた細胞となっています。エネルギーを生成するだけのミトコンドリアとは異なり、ミトコンドリアは機能のバランスをとっています。たとえば、熱産生を担うもの、吸収を担うもの、代謝を担うもの、合成を担うもの、その他の機能を果たすものがあります。

ある日、体の細胞が誤ってミトコンドリアを飲み込んでしまいました。これは非常によくあることです。これは、細胞がより大きな物質を吸収するためにエンドサイトーシスに依存しているためです。

そうすると、この細胞の消化能力は平均的であると考えられます。結局のところ、それはオールラウンダーであり、単独で非常に強力な消化機能を進化させることは不可能です（オールラウンダーは、偏りではなく包括的な発達を表します）。それから二人は顔を見合わせて、お互いに利益があることに同意した。特殊生物の王子様、ミトコンドリアがエネルギーを供給します。糖脂質やタンパク質の入手方法や、タンパク質の合成方法については、心配する必要はありません。体細胞は彼にあらゆるものを提供し、それからエネルギーを引き出します。

それで二人はずっと幸せに暮らしました。

04. 補足2: 体細胞がミトコンドリアゲノムを直接組み込めない理由

これは、前述した細胞内共生の基盤の一つ、つまり DNA でもあります。

ミトコンドリアの DNA は細菌の DNA と似ているが、体細胞の DNA は異なるため、私は境界理論を提唱しました。ここでの類似点は単なる偶然の発言ではなく、塩基組成、RNA 組成、コドン使用法における種の違いであり、細菌と真核生物の違いです。

統合がうまくいかない直接的な理由は、ゲノムがあまりにも異なっていて統合が難しいことにあると思います。ウイルスのゲノムはそれほど大きくありません。塩基への消化に関しては、このようにして排除されたミトコンドリアの祖先は多数存在し、保存されたのは 1 つだけだったはずです。

05. 補足3: ミトコンドリアの母性遺伝について

なぜ父親のミトコンドリアを除去する必要があるのか​​と疑問に思う人もいます。実は厳密に言えば、それは排除されていません。

まず、精子に含まれるミトコンドリアの量は卵子に比べるとほんのわずかであるため、希釈されてしまいます。

第二に、少なくとも受精卵の期間中は、父親由来のミトコンドリアが体内に残っているという証拠があります。その後はどこへ行ったのでしょうか？分解または希釈されるはずだったが、ミトコンドリアに父親由来のミトコンドリアが含まれている患者のケースもあった。

これは生物学ではミトコンドリア異質性と呼ばれ、父系起源は極めて小さな原因です。