ヒトの脳を進化させた「知恵の実」遺伝子が、サルの脳を巨大化させると判明

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知恵の実のエキスであるヒトのARHGAP11B遺伝子を取り込んだサルの脳は巨大化した(100日齢)。矢印部分はシワの元/Credit:Science (文字はナゾロジー編集部記入)
point
  • ヒトだけに存在する遺伝子をサル受精卵に組み込んだ結果、サル胎児の脳が肥大しヒト化した
  • ARHGAP11B遺伝子は「知恵の実の遺伝子」である可能性がある
  • 人類の先祖もARHGAP11B遺伝子を得たことで、ヒトへの進化がはじまった

なぜヒトは巨大な脳を持っているのか?

研究者たちは、この脳進化における疑問に長年取り組んできました。

チンパンジーの遺伝子は人間と99%一致していることが知られていますが、ヒトの脳はチンパンジーよりも3倍大きく、構造にもかなりの違いがあります。

そのためドイツと日本の研究者は、ヒトとサルを分けた因子が互いに一致していない、残り1%の遺伝子の中にあるのではないかと考え、その中でも有力視されているARHGAP11B遺伝子をサルの受精卵に組み込みました。

まさしく知恵の実とも言える遺伝子を組み込んだ結果、サル胎児の大脳新皮質の厚さは2倍になり、人間と同じような脳のシワが生まれました。

なかでも、人間とサルの脳で最も違いが大きかった脳上層部の脳細胞数の増加が著しく、サルの脳は完全にヒト化を始めていたそうです。

しかし、このままでは倫理的な問題が生じると考えた研究者によって、出産予定日の50日前に中絶が行われ、ヒト化した脳をもったサル胎児はこの世に産まれてはこれませんでした。

科学の力によって発見された「知恵の実(ARHGAP11B遺伝子)」とはどんな遺伝子なのでしょうか?

最後の1%に含まれた「知恵の実の遺伝子」

ARHGAP11B遺伝子の影響は発生の初期段階からあらわれ、新皮質に厚みをもたせている/Credit:Science (文字はナゾロジー編集部記入)

近年の急速なバイオテクノロジーの進歩により、研究者は脳の発達に必要な数多くの遺伝子を発見してきました。

しかし、発見された遺伝子の多くはサルにもみられる遺伝子でした。

そのため研究者は、ヒトとサルを隔てている原因は特定の遺伝子にあるのではなく、遺伝子の働きかたの強弱の違いによるものだ、と考えるようになりました。

すなわち、サルからヒトへの進化は決定的な変異が原因ではなく、多くの遺伝子が少しずつ変化した結果であるとの見解です。

ですが、この説には唯一の例外、いや弱点がありました。

ARHGAP11Bと呼ばれる遺伝子だけは、どのサルにもなく、ヒトのみにあったのです

そこで日本とドイツの研究者は、この異端であるARHGAP11B遺伝子こそがサルとヒトを隔てる決定的な違いであると考え、この「知恵の実」とも言うべき遺伝子を、サルの受精卵に組み込み、どんな脳を持つサルが生まれてくるかを待ちました。

結果は……研究者たちの予想を超えたものになりました。

受精から100日が経過したサル胎児の脳は、通常の胎児に比べて大脳新皮質が2倍の厚さになり、脳細胞を生成する幹細胞の数も大幅に増加したのです。

さらに変化は単純な大きさや細胞数の増量に留まりませんでした。

この時期のサル胎児にはみられないシワ構造が現れはじめ、増加した細胞をヒトの脳のように効率的に折りたたんで収納しようとしはじめたのです。

また脳のミクロな構造を調べた結果、上層部の細胞数が劇的に増加しており、脳の細かな部分もヒト化していることが判明。

受精から100日後「知恵の実の遺伝子」を組み込んだサル胎児は、最もヒトに近い生物になりはじめていました。

このとき研究者は「このまま子供を出産させるか、中絶させるか」の決断に迫られました。

研究者は、産まれてきたサルにどのような行動の変化が起こるかわからず、責任を持てないと考え、中絶せざるを得なかったようです。

「知恵の実のエキス」は二段構えであらわれた

脳容積の変化を示したもの。1度目の変異(500万年前)はチンパンジーとの分岐時に起き、2番目の変異(150~50万年前)は類人猿からヒトになる過程で起きた。2回目の新しい変化は脳容積を加速度的に増加させた/Credit:Neurobioligy (文字はナゾロジー編集部記入)

知恵の実の遺伝子とも言えるARHGAP11B遺伝子の正体に関する研究も進んでいます。

遺伝解析により、ARHGAP11B遺伝子の原型(旧ARHGAP11B)はヒトとチンパンジーが枝分かれした500万年前に出現したと考えられます。

この時点の旧ARHGAP11Bは「知恵の実の遺伝子」としてはまだ不完全であり、現在の私たち人間がもっているものとは異なります。

しかし約150~50万年前、さらに単一塩基の置換(シトシンからグアニンへ)が起こり、リーディングフレームがシフトして47の新たなアミノ酸配列が生じ、現在のARHGAP11Bが誕生しました。

私たちホモ・サピエンスの登場はおよそ40万年前と考えられており、150~50万年前に起きたARHGAP11Bの変異は、上の図のように、脳容量を爆発的に増加させ、人間を人間らしくする最後の一押しになった可能性があります。

「知恵の実の遺伝子」がもたらした別の問題

脳は人類の精神にとって負担になるまで大きくなった/Credit:depositphotos

近年の研究によって、ARHGAP11B遺伝子は、先天的な「知的障害」「統合失調症」「てんかん」などを引き起こすことが知られています。

ARHGAP11B遺伝子は人間の頭部を巨大化(巨頭化)させましたが、大きすぎる脳は自閉症を含む様々な神経障害や行動障害を発生させる要因になりました。

ですが今後、ARHGAP11B遺伝子に関する研究が進めば、脳障害に対する新しい種類の治療薬の開発につながると期待されます。

またARHGAP11B遺伝子を改変することで「品種改良された知恵の実」ができるようになるかもしれません。

しかしこの新たな「知恵の実」は自然な進化の結果でないので、食べたいという誘惑を断ち切れず、遺伝子を人工的に改変してしまえば、自らヒトを辞めることになります。

そこまでいかなくても、精神は変質し、元々のヒトとの間に決定的な差が生じるでしょう。

ヒトがヒトのままでいるためにも、倫理の再定義を進めなければならないかもしれませんね。

研究内容は日本とドイツの研究者の合同で行われ、マックス・プランク研究所のマイケルハイデ氏らによってまとめられ、6月18日に権威ある学術雑誌「Science」に掲載されました。

Human-specific ARHGAP11B increases size and folding of primate neocortex in the fetal marmoset
https://science.sciencemag.org/content/early/2020/06/17/science.abb2401/tab-figures-data

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reference: inverse / written by katsu
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