1. 首の ほねは、ふえて 長く なったの?
1. 首の骨の数は同じ7個なのに、なぜあんなに長いのか
1. 頸椎は7個のまま ── 増えたのではなく、1個ずつが縦に伸びた
どうぶつ園で キリンを 見あげると、首の 長さに おどろきます。ほねも、ふつうの どうぶつより たくさん あるのでしょうか。
じつは、首を つくる ほねは、人と おなじ 7こです[1]。ほねの 数を ふやしたので は なく、7この ほねの ひとつ ひとつが、たてに 長く のびたと いう ほうこくが あります[2]。
7この わゴムを たてに つなげて、1こずつ ひっぱる ところを 思いうかべて ください。わの 数は そのままで、ぜんたいは 長く なります。ただし ほねは ゴムの ように ひっぱられるのでは なく、せいちょうして 長く なります。
では、7この ほねを 長く した ものは、からだの なかの なにでしょう。
2. いとこの オカピと くらべると、なにが わかったの?
2. 首の短い「いとこ」オカピと、ゲノムを並べて比べた
2. オカピとのゲノム比較 ── キリンで変化の目立つ遺伝子が70個見つかった
キリンに いちばん ちかい なかまは、オカピです。おなじ キリンの なかまで、首は みじかく、せも そんなに 高く ありません[2]。
オカピは キリンの ごせんぞでは なく、「いとこ」の ような ものです。2しゅは、やく 1150万年 まえに、おなじ せんぞから わかれたと 考えられて います[2]。
2016年、けんきゅうの チームは、キリンと オカピの ゲノムを、はじめて よみとって くらべました。ゲノムは、からだを つくる いでんしの ぜんぶの ことです。
すると、キリンで とくに かわって いる いでんしが、70こ みつかりました[3]。その はんぶん いじょうは、ほねや、しんぞうと けっかん、しんけいの できかたと はたらきに かかわる ものでした[3]。
70こ ぜんぶが、首の 長さの いでんしと いう わけでは ありません。
首の長さの手がかりとして、研究者はキリンにいちばん近い現生種に目を向けました。同じキリン科のオカピです。首は短く、背も高くありません。2種は約1150万年前(推定で1100万〜1200万年前)に共通の祖先から分かれたと考えられています[2]。オカピはキリンの祖先ではなく、いとこにあたる動物です。
2016年、雌のマサイキリン2頭と雄のオカピ1頭のゲノム(体をつくる遺伝情報の全体)が初めて解読され、並べて比べられました[4]。キリンで変化の目立つ遺伝子が70個見つかっています[3]。
このうち半数以上は、骨格、心臓や血管、神経の発生と働きにかかわるタンパク質の設計図でした[3]。つまり目立っていたのは、骨だけではありません。血を送る仕組みや神経にかかわる遺伝子も入っていました。日本語の紹介記事は、キリンの体形が循環系の適応と並行して、少数の遺伝子の変化を通じて進化した可能性が示された、と伝えています[4]。
ただし70個すべてが首の長さの遺伝子というわけではありません。
手がかりは、キリンに最も近い現生種であるオカピとの比較である。オカピは同じキリン科で、首が短く、背も高くない。両種は約1150万年前(推定1100万〜1200万年前)に共通祖先から分かれたと推定される[2]。なお、オカピはキリンの祖先ではなく、いとこにあたる。
2016年、雌のマサイキリン2頭と雄のオカピ1頭のゲノムが初めて解読された[4]。両者を比べると、キリンでは複数の適応のしるしを示す遺伝子が70個見つかった。うち半数以上が、骨格、心臓や血管、神経の発生と働きにかかわるタンパク質をコードしている[3]。
ここで押さえたいのは、70個のすべてが首の長さの遺伝子ではないことだ。論文の紹介では、キリンの体形は循環系の適応と並行して、少数の遺伝子の変化を通じて進化した可能性が示されたとされる[4]。「首の骨」と「血管や神経」を同時に見る見方である。ただしこれは可能性の指摘で、どの遺伝子が首を何cm伸ばしたかまでは示していない。
3. 首の ほねの せいちょうに かかわる いでんしは?
3. 骨の成長にかかわる遺伝子が、キリンで大きく変わっていた
3. ホメオボックス遺伝子(HOXB3・CDX4・NOTO)── 候補は見つかったが、原因の証明ではない
70この なかには、首や あしの ほねの せいちょうに かんけい する いでんしの なかまも ありました[2]。ほかの ほにゅうるいと くらべて、キリンで とくに 大きく かわって いたと いいます。
ただし これは 「くわしく しらべる ねらいが 見つかった」と いう だんかいです。首を 長く した げんいんだと、しょうめい された わけでは ありません。
では、その 首は、いつ のびるので しょう。
変化の目立つ遺伝子の中には、首や脚の骨の成長にかかわる、ホメオボックス遺伝子の仲間がありました。HOXB3、CDX4、NOTOなどが、ほかの哺乳類と比べてキリンで大きく違っていたと報告されています[2]。
名前は覚えなくて大丈夫です。大事なのは、骨の成長にかかわる遺伝子が、キリンで目立って変わっていたという点です。
ただし、これらは「首を長くした原因の候補」です。原因だと証明されたわけではありません。候補が見つかったら、次に知りたくなるのは、その首が「いつ、どのように伸びるのか」でしょう。
70個のうち、首や脚の骨の成長にかかわるホメオボックス遺伝子(HOXB3、CDX4、NOTO)は、真獣類の中でもキリンでの変化が大きいと報告された[2]。
ただし論文が示したのは「変化が大きい」ことであり、「首を長くした」ことではない。変化の大きさと、首を伸ばす働きとは別の問いで、前者から後者が自動的には出てこない。これらは、あくまで候補である。
候補の遺伝子は、首の骨の成長にかかわる。では、その首は、いつ伸びるのか。
4. 首は、いつ のびるの?
4. 首の骨の長い伸びは、生まれたあとに起こるという報告がある
4. 伸びる時期 ── 胎児期ではなく出生後、C2〜C7が同じ割合で
キリンの 首は、どの ときに のびるのでしょう。ある けんきゅうでは、首の ほねが とても 長く なる せいちょうは、おなかの 中では なく、生まれた あとに おこると ほうこく されて います[5]。
首の ほねの うち、2ばんめから 7ばんめは、おなじ わりあいで のびると いいます[5]。ひとつ だけ とくべつに のびるのでは なく、そろって 長く なるのです。
ただし これは ひとつの けんきゅうの ほうこくです。「生まれた とき、首は みじかい」と きめつける のは、まだ 早いでしょう。
首はいつ伸びるのでしょうか。2010年の論文は、頸椎が極端に長くなる成長は胎児の間ではなく、生まれたあとに起こると報告しています[5]。
また、2番目から7番目までの頸椎(C2〜C7)は、同じ割合で伸びるとされます[5]。特定の1個だけが飛び抜けて伸びるのではなく、そろって同じ比率で長くなっていくということです。
ただし、これは1本の論文の報告です。「生まれたときは首が短い」と読むのは早く、言えるのは、極端な伸びが生まれたあとに起こるという点までです。
伸びるあいだ、頭へ血を送る血管や神経も、首の長さについていく必要があります。70個の中に血管や神経にかかわる遺伝子が多かったことは、この見方と向きが合います[3]。
では、これらの遺伝子のうち、働きを実際に試された遺伝子はあるのでしょうか。
首の骨がいつ長くなるのかは、遺伝子の働きを考える前提になる。2010年のvan Sittertらの論文は、頸椎の不釣り合いな伸びは胎児期の現象ではなく、生まれたあとに起こると報告した。また、C2からC7までの各頸椎は、同じ割合で伸びるという[5]。
この「同じ割合」は、骨ごとに別々の伸び方をするのではなく、全体が同じ比率で長くなることを意味する。つまり首は、ある1か所だけが飛び抜けて長いのではなく、C2〜C7が同じ割合で伸びた結果と読める。
ただし、この点は1本の論文にもとづく。「生まれたときは短い」と読むのは行きすぎで、言えるのは、極端な伸びが出生後に起こるという範囲までだ。
伸びる時期が出生後なら、首が長くなる間、頭へ血を送る血管や神経も長さについていく必要がある。70個のうち心臓や血管、神経にかかわるものが半数以上だった点は、この見方と向きが合う[3]。ただし、これは筋道の推測である。
次の問いは、候補の遺伝子のうち、働きを実際に試された遺伝子があるかどうかだ。
5. キリンの いでんしを マウスに いれたら、どうなる?
5. キリン型の遺伝子を入れたマウスは、どうなったのか
5. FGFRL1の7か所の置き換え ── マウス実験が示したことと、示さなかったこと
FGFRL1と いう いでんしには、キリンだけに ある 7つの ちがいが あつまって いました[6]。ほかの はんすうする どうぶつには ない ちがいです。
2021年、けんきゅうの 人たちは、この キリンがたの いでんしを マウスに いれて みました。すると、ほねの みつどが たかく なりました。けつあつを あげる くすりを つかっても、けつあつが たかく なりませんでした[6]。
でも、マウスの 首は 長く なっていません[3]。この けんきゅうで わかったのは、ほねと けつあつへの はたらきです。
FGFRL1という遺伝子には、キリンだけに見られる7か所のアミノ酸の置き換えが集中していました。ほかの反すう動物にはない変化です[6]。
2021年、研究者はキリン型のFGFRL1を入れたマウスを作りました。このマウスは骨密度が有意に高く、血圧を上げる薬(アンジオテンシンII)を与えても、高血圧になりませんでした[6]。
ここで示されたのは、骨と血圧への効果です。首が伸びるかどうかを調べた実験ではありません。Penn Stateの解説も、キリンのFGFRL1を入れても首の長いマウスにはならないと注意しています[3]。
それでも、骨と血圧という2つの面に同じ遺伝子の変化が効くことは、体形と循環系が並行して変わったという見方と向きが合っています[4]。
FGFRL1は、キリンだけに見られる7か所のアミノ酸の置き換えが集中する、きわだった遺伝子として報告された。ほかの反すう動物には、この置き換えがない[6]。そこで研究者は、キリン型のFGFRL1を入れたマウスを作って調べた(2021年)。
結果は、骨密度が有意に高く、血圧を上げる薬(アンジオテンシンII)で誘導される高血圧が、キリン型のマウスでは起こらなかった、というものだった[6]。ここで示されたのは骨と血圧への効果であり、首が伸びることではない。Penn Stateの解説も、キリンのFGFRL1を入れても首の長いマウスにはならないと注意している[3]。
逆にいえば、この実験は「首を伸ばす遺伝子を見つけた」ではなく、「キリン特有の変化が骨と血圧という別の面にも効く」ことを示した。長い首をもつ体では、骨と循環系がセットで変わる必要があるという見方(第2章)と、向きが合う結果である。ただし、そこから先の因果は仮説にとどまる。
6. これで ぜんぶ わかったの?
6. 遺伝子だけでは、首の長さは説明しきれていない
6. 証拠の強さ ── 論文自身が述べる限界と、「なぜ長くなったか」という別の問い
いいえ。けんきゅうを した 人たち じしんが、FGFRL1の ちがいだけでは、首が のびるには たりないと のべて います[6]。ほかの いでんしも かかわって いるかも しれません。
ある けんきゅう者は、ホメオボックスの いでんしの ちがいと、FGFRL1の ちがいが、首と あしが 長く なる ための もとの 2つかも しれないと 考えて います[3]。まだ、そうぞうの だんかいです。
「どうして 長く なったか」には、高い ところの 葉を 食べる ためと、オスどうしの たたかいの ためと いう 考えも あります。りょうほうが はたらいたかも しれないと される けんきゅうも あります[7]。
キリンの 首の ひみつは、まだ とちゅうです。
では、FGFRL1が首を長くしたのでしょうか。研究者自身が、この遺伝子の変異だけでは首の伸長には十分でないと述べています。ほかの遺伝子の関与や、別の種にキリンの遺伝子を入れる実験の限界にも触れています[6]。
Penn Stateの解説は、ホメオボックス遺伝子とFGFRL1の変化が、首と脚が長くなるための「材料」の2つかもしれない、という研究者の推測を紹介しています[3]。推測であり、証明ではありません。
ここで問いを分けておきます。この記事の問いは「体の中の何が変わったか」でした。「なぜ長くなる方向に進化したか」は別の問いで、高い所の葉を、競う草食動物より上で食べるためという説と、オスが首を使って争うためという説があります。2010年の総説は、両方の仕組みが働いた可能性が高いとしています[7]。
仕組みの答えも、理由の答えも、まだ途中です。首の長さを決める遺伝子の全体は、分かっていません。
では、FGFRL1が首を長くしたのか。著者自身は、この遺伝子の変異だけではキリンの首の伸長には十分でないと述べ、ほかの遺伝子の関与や、別の種に遺伝子を入れる実験の限界にも触れている[6]。Penn Stateの解説は、ホメオボックス遺伝子とFGFRL1の変化が、首と脚が長くなるための材料の2つかもしれない、という研究者の推測を紹介する[3]。いずれも推測の段階である。
ここで問いを分けておく。この記事の問いは「体の中の何が変わったか」であり、「なぜ長くなる方向に進化したか」ではない。後者には、競う草食動物より高い所の葉を食べるためという説と、オスが首を使って争うためという説がある。2010年の総説は、両方の仕組みが首の進化と維持に寄与した可能性が高いとする[7]。
この2つは別の層の答えである。遺伝子の変化は「どう長くなったか」の手がかり、葉やオス同士の争いは「なぜ長さが残ったか」の候補だ。両方がそろって初めて、題名の問いに近づくが、現在はどちらも途中にある。首の長さを決める遺伝子の全体像も、まだ得られていない。
7. オカピと キリンを 見くらべて みよう
7. 図鑑でオカピとキリンを並べ、違いを3つ数えてみる
7. 原典の読みどころ ── 遺伝子の候補と、「示さなかったこと」を探す
おうちの ずかんで、オカピと キリンを 見くらべて みましょう。首、あし、せの 高さ。ちがいを 3つ みつけられるでしょうか。
じぶんの 首の うしろを、そっと さわって みるのも いいです。この 中にも、キリンと おなじ 7この ほねが つながって います[1]。ちからを 入れすぎないで ください。
つぎに どんな いでんしが みつかるか、たのしみです。
家にある図鑑で、オカピとキリンを見比べてみましょう。首、脚、背の高さ。ゲノムを比べた研究者が並べたのは、この2つの動物です。見た目の違いが、70個の遺伝子の違いとどうつながるのかを想像すると、研究の言葉が身近になります。
自分の首のうしろをそっとさわるのも、悪くありません。キリンの首と同じく、人の首にも7個の骨が並んでいます[1]。力を入れすぎず、痛くない範囲でさわってください。
次に見つかる遺伝子が、首の長さの答えにどこまで近づくのか、気にしてみてください。
原典に当たるときの読みどころは2つある。①Agabaらの2016年の論文[2]は、頸椎が増えたのではなく7個が伸びたこと、ホメオボックス遺伝子が「大きく変化」していたことを書く。そこから「原因」までの距離を測ると、論文が何を言い、何を言っていないかが見えてくる。
②Liuらの2021年の論文[6]は、FGFRL1の置き換え7か所とマウス実験の結果に加えて、著者自身が「この変異だけでは首の伸長に十分でない」と書いている。結果と限界が同じ論文に並んでいる点を読むとよい。
身近な確かめとしては、家にある図鑑でオカピとキリンの首・脚・背の高さを見比べ、ゲノム比較で出てきた「骨格」「血管」「神経」の遺伝子が、体のどの部分に対応しそうかを考えてみるのもよい。自分の首のうしろをそっとさわると、キリンの首と同じく、7個の頸椎が並んでいる。力を入れすぎず、痛くない範囲でさわること。解説を日本語で読みたいときは、東京大学の記事[1]とネイチャー・アジアのハイライト[4]がある。
しらべた もとの じょうほう
参考にした情報源
参考にした情報源と、その使い方
出典について:大学の解説記事、論文、研究機関の解説、日本語の研究紹介を使った。何に使ったかは、それぞれの項目の最後に書いている。
- 東京大学 UTokyo FOCUS(郡司・遠藤、2016)。https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/articles/a_00462.html (キリンの頸椎が人と同じ7個であることについて)
- Agaba et al. "Giraffe genome sequence reveals clues to its unique morphology and physiology" Nature Communications, 2016。https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4873664 (7個の頸椎の伸長、オカピとの分岐、ホメオボックス遺伝子について。英語の論文)
- Penn State News「How did the giraffe get its long neck? Clues now revealed by new genome sequencing」。https://science.psu.edu/news/how-did-giraffe-get-its-long-neck-clues-now-revealed-new-genome-sequencing (70個の遺伝子と、研究者の推測について。英語の解説)
- Nature Asia 研究ハイライト。https://www.natureasia.com/ja-jp/research/highlight/10676 (解読の対象と、体形と循環系の並行した進化の可能性について。日本語)
- van Sittert, Skinner & Mitchell, Journal of Experimental Zoology Part B 314, 2010。https://doi.org/10.1002/jez.b.21353 (首の骨が生まれたあとに伸びることについて。英語の論文)
- Liu et al. Science Advances 7, eabe9459, 2021。https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7968835 (FGFRL1の置き換えとマウス実験、著者自身の述べる限界について。英語の論文)
- Simmons & Altwegg, Journal of Zoology, 2010(キリン保全財団の文献ページ)。https://library.giraffeconservation.org/?p=2657 (首が長くなった理由の2つの説について。英語の総説)
なおした ところ
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