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2020年4月

2020年4月30日 (木)

「コウモリ」はなぜ「ウイルスの貯水池」なのか

新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)感染症(COVID-19、以下、新型コロナ感染症)が世界中で猛威をふるっているが、このウイルスはSARS(SARSr-CoV、重症急性呼吸器症候群)と同じ人獣共通感染症(Zoonosis)だ。こうしたウイルスの自然宿主(最初にウイルスにかかった生物)はコウモリとされているが、なぜコウモリ起源のウイルスがこんなに多いのだろうか。

コウモリが感染させるウイルス
 人獣共通感染症はヒトの感染症の60%以上を占める。世界で毎年約10億人が病気になり、数百万人が死ぬ病気だ。人獣共通感染症では、野生生物を自然宿主にしていた病原体(ウイルス)が、家畜などの脊椎動物や昆虫などの無脊椎動物を経由し、あるいは直接にヒトへ感染して広がっていく。

 ウシから天然痘や結核、ブタやアヒルからインフルエンザ、ヒツジやヤギから炭疽症、ネズミ(齧歯類)からペスト、主にイヌ(ネコやコウモリなども)から狂犬病といった人獣共通感染症があるが、サル免疫不全ウイルス(SIV)が変異してヒトに感染してヒト免疫不全ウイルス(HIV-1、HIV-2)になったようにヒトと野生生物の接触によって感染が広がることも多い(※1)。

 自然宿主にはコウモリが多く、コウモリの次は霊長類、齧歯類の順になるようだ。また、世界で新たな人獣共通感染症が発生するリスクの高い地域としては、コウモリはアジアの一部と中南米で多く、霊長類は中米、アフリカ、東南アジアに集中し、齧歯類は北米、南米、中央アフリカの一部と予測されている(※2)。

 コロナウイルスも人獣共通感染症で、最初に発見されたのが1965年という新しいウイルスだ(※3)。このウイルスが注目されたのはSARSが流行した時で、SARSの自然宿主は当初、ジャコウネコと考えられていた。

 その後、同じウイルスがコウモリ(キクガシラコウモリの一種、Rhinolophus
sinicus)で発見され、現在ではコウモリのSARSウイルスが共通祖先としてヒトとジャコウネコに感染したとされている(※4)。ちなみに、いわゆる南京虫、トコジラミ(Cimex
lectularius)もコウモリからヒトに寄生先を変えた生物だ(※5)。

 SARSウイルスやMARS(MARS-CoV)ウイルス(コウモリ→ヒトコブラクダ→ヒト)などのコロナウイルスの研究が進んだ結果、コウモリはコロナウイルスなどヒトに対して新たに出現するウイルスの「貯水池(Reservoir)」と考えられるようになった(※6)。

 SARSウイルスと遺伝子が96%同じ新型コロナのウイルスも同じようにコウモリが自然宿主と考えられているが(※7)、なぜコウモリはウイルスを貯め、主要な感染源になっているのだろうか。

コウモリはウイルスの貯水池
 コウモリという生物の特徴は、その種類の多さだ。哺乳類の種類の約20%がコウモリとされ、その種類は900種を超えるが、環境破壊のせいで絶滅危惧種も多い。分布域も広く、哺乳類ではヒトとネズミなどの齧歯類、クジラ類と同様、地球上の広い範囲に棲息している。

 また、哺乳類の進化の中では比較的プリミティブな生物で、多くの哺乳類が持つ遺伝的特質の原型を持っている。つまり、コウモリの古い形質の遺伝子で保存されてきたウイルスは、変異すると他の哺乳類へ感染する能力を持ちやすいことになる。

 種類によってはかなりの長距離を飛翔するのもコウモリの特徴だ。つまり、ウイルスを広い範囲に感染させる能力を持っている。広範囲に多種多様なコウモリが分布し、広大な空間を移動するわけだ。

 また、多くの種類のコウモリは冬眠することが知られている。ウイルスもコウモリとともに越冬し、長い期間、生きながらえることができる。また、コウモリ自体の寿命も長く、30年以上も生きる種もいる。こうした意味でもコウモリはウイルスの貯水池になるのだろう。

 ヒトのトコジラミがコウモリ由来だったように、コウモリは哺乳類の血液を吸うダニやシラミなどを媒介しやすい。こうした寄生虫からウイルスが感染することも多い。

 さらにコウモリは、あまり清潔ではない湿った洞窟や木の洞などに集団で棲息する種が多い。そもそもコウモリの個体数は多く、こうした集団が密集することでウイルス感染のパンデミックを起こしやすい。また、容易に捕まえることができるので食用にする地域もある。

 コウモリの認知やセンシング、コミュニケーション手段はエコーロケーション(反響定位)だ。口から発する超音波が跳ね返ってくることで、飛行したり位置を認知したりする。その際に飛び散る唾液などを介してウイルスが感染しやすくなる。

 以上をまとめると、コウモリはウイルスが好みやすい環境に棲息して大集団を形成し、広く分布して長距離を移動し、哺乳類の多くに共通する遺伝的な特徴を持ち、ウイルス感染によるパンデミックや他の哺乳類にウイルスを感染させやすい特徴を持っているということになる。

 こうした生物は他にもいる。我々ヒトだ。集団が密集して暮らし、長距離を移動し、口から唾を飛ばしながらコミュニケーションする。コウモリからヒトへ、ヒトから他の生物へ、ウイルスの連鎖が広がっているのかもしれない。

 一方、コウモリの生息域は自然破壊で狭められ、劣悪な環境で暮らさざるを得なくなっている。また、地球温暖化で分布も変化し、これまでヒトとあまり接触しなかった種類のコウモリが身近に現れるようになってきた。

 コウモリという貯水池のウイルスが変異しやすく、ヒトに感染しやすい状況になっているというわけだ。新型コロナウイルスもコウモリからヒトに感染するようになったが、これからも新たなウイルスが出現し、人類の脅威になるかもしれない。

引用元:リンク

 

 

昆虫の進化戦略(昆虫が多様に進化し、繁栄しているのはなぜか

昆虫は現在の地球上で、繁栄を極めており、500万種以上の種類があると言われている。ちなみに現在のほ乳類は約4000種である。
何故昆虫はこれほどまでに繁栄し得たのか。

まず昆虫が小さな体を獲得した点があげられる。昆虫が小型となったのは、陸上の昆虫が脊椎動物系と異なり、呼吸器官として気門を用いていることに由来する。
脊椎動物はエラや肺で吸収した酸素を血管によって全身の細胞にいきわたらせるという方式であるのに対し、気門は体に分布する10対くらいの気門から、空気を取り入れ、気管と呼ばれる太いパイプから、より細いパイプで必要箇所に送り届ける方式である。この方式は比較的単純なつくりであるという点で優位性を持つが、逆に長い距離の運搬が困難である。つまり空気を送り届けられる範囲でしか大きくなれないという物理的限界を持つ。だから酸素濃度が上昇した時期は「ムカシトンボ」など、比較的大型の昆虫も存在したが、現在は哺乳類と比べると著しく小型である。

更に昆虫は小型化することで、同一環境内で互いに小さなニッチを分け合う事を可能にした。例えば植物食の昆虫の場合、一つの植物を数多くのニッチに分け合うことができる。例えば葉を食べる、茎に穴を開ける、葉の裏側に回り込む、花のつぼみやさやをかじる、樹皮の内側に潜む、幹の中心部まで穴を掘る、地下の根に棲みつく等々。一つの植物だけでも多様な利用形態を生み出し、多様化することができる。そういった理由から昆虫は進化するほど小型化するという傾向がある。

昆虫が豊かな多様性を獲得したもう一つの理由は、「飛べる」ことである。最初に空を飛んだ生物は昆虫である。最初に翅を持った昆虫は1億5000万年の間、飛翔できる唯一の動物として捕食者から逃れ、多様な場所へと拡散できるという大きな強みを持っていた。その後や鳥類やコウモリが現れた後も、昆虫は空から締め出されることはなく、むしろそれが「淘汰圧」として働くことで、多様な適応を果たしていった。

しかしそれらも含めて昆虫の多様性を可能にした最も大きな理由がある。変異スピードの速さである。その象徴ともいえるのが、昆虫の成長の仕組みである。蝶、ハチ、ハエ、蚊、アリ、カブトムシ、ノミにいたるまで、現在の昆虫の85%は完全変態する(卵→幼虫→蛹→成虫)。不完全変態(蛹を経ないもの、バッタ、トンボ、セミなど)も含めれば、ほぼすべての昆虫が変態を行う。幼虫の期間と成虫の期間を比較すると、体つきも、食べ物も、種によっては生息域も全く異なる。
この完全変態が登場したのは史上最大の絶滅といわれるベルム期末(2億5000万年前)である。ベルム期末には、海生生物のうち最大96%、全ての生物種で見ても90%から95%が絶滅したといわれる。原因は火山爆発やプランクトンの激増に伴う海洋無酸素化など諸説あるが、いずれにせよ、環境の超激変期であったことは間違いない。この激変に対して、古い有翅昆虫の多くは滅び、完全変態の機能を獲得した昆虫類が生き残った。

では、完全変態を行う蛹の時期に昆虫は何をしているのか?蛹の中を観察すると、変態期の蛹はドロドロのスープ状になっている。生存上最低必要な呼吸や一部の神経系を除き、幼虫時代に用いられていた細胞は自死(アトポーシス)し、分解される。それに代えて、成虫時代に必要な器官のもととなる(外骨格や翅や足や内臓など)幹細胞が休眠状態から作動し、成虫の身体を作り上げるのである。つまり昆虫は幹細胞からもう一度生まれ変わるのである。ドロドロに溶けた細胞はその際の栄養として使われる。昆虫の幼虫はほとんど動かずひたすら食べ、栄養を蓄積する。逆に成虫は全く食べないか、ほとんど食べない。幼虫時代にひたすら栄養を蓄積し、この変態期にほとんどの栄養を使うのである。
その分逆に成虫は摂食するという制約から逃れ、交尾(生殖)と拡散に専念する。言葉を変えれば成虫は変異に専念しているともいえるのだ。更に未解明だが、環境の激変期であることから、蛹期に作動する幹細胞はこの2度目の誕生期に、遺伝子の発現のさせ方を変える=変異している可能性もある。

昆虫は気門や神経系(分散神経系)など比較的単純な構造で形成されている。これ自体が変異のしやすさを生み出していることに加えて、この「生まれ変わる」という生態がさらに変異を促進させたと考えらえる。
つまり昆虫の繁栄の究極の理由は、変異のしやすさと、それを促進する機能にあると考えられるのだ。
(参考「昆虫は最強の生物である」スコット・リチャード・ショー)

 

北村浩司

2020年4月17日 (金)

生物は遺伝子増幅により細胞レベルで外圧への耐性を高め、進化していく

サルは遺伝子の偶発的なバグで人間に進化したわけではありません。無方向の変異によって進化が成立しないことは知られていますが、では外圧適による進化のシステムはどのような構造をしているのでしょうか。

実は生物の細胞は外圧を受けることにより、その耐性を高めるための遺伝子増幅を作動させて遺伝情報を変化させています。単細胞生物はこの変化をもろに次の世代に受け継ぐことができます。多細胞生物においても、身体の細胞の持つ遺伝情報をもとに生殖細胞がつくられることで進化を続けてきたようです。
このことは、現在の耐性菌などについて考察するうえでも重要な視点になりそうです。

ー遺伝子の数を増やすための遺伝子増幅組換え機構ー
遺伝子の増幅とは、ある特定の遺伝子の数が増える現象で、その遺伝子産物が多量に必要な時に観察される環境適応反応の一つです。例えば害虫に対して徐々に殺虫剤が効かなくなる、あるいは癌細胞に対して制癌剤の効果が徐々に低下するのは、それらの細胞内で薬剤(この場合には殺虫剤と制癌剤)に対する耐性遺伝子が増幅して、薬剤の効果が打ち消され、細胞が耐性になってしまったためです。またリボソームRNA遺伝子など、通常の生育に多量の産物が必要な遺伝子も増幅によりその数が増えています。

また遺伝子の増幅はその産物量を増やすだけでなく、余分なコピーを染色体上に持たせることで、新しい遺伝子を創り出す原動力ともなってきました。つまり生物が単純な構造からより複雑な構造へと進化過程で、様々な新しい遺伝子登場してきましたが、その多くが遺伝子増幅により増えたコピーが変化して創られたと考えられています(重複遺伝子)

重複遺伝子とは、1つの遺伝子がコピーされて2つの遺伝子になることを遺伝子の重複といい、重複してできた遺伝子を重複遺伝子と呼ぶ。遺伝子の重複は頻繁に起きていて、例えばヒトの全遺伝子の70%以上が重複遺伝子だ。重複によりまったく同じ機能を持った2つの重複遺伝子ができるため、片方の重複遺伝子の機能が消失したり低下したりしても生命活動には支障をきたさない。

通常、遺伝子の機能を壊すような突然変異が生じると病気になってしまうが、重複遺伝子は低リスクで突然変異を貯めることができるというわけだ。また、突然変異は希に新しい機能を持った遺伝子を生み出するが、突然変異を貯めておくことができる重複遺伝子ではその確率が高くなる。

このように遺伝子重複は、遺伝的多様性(遺伝的変異)を高め、新しい機能を作り出すなど、生物の進化に重要な役割を果たしていると考えられており、ショウジョウバエ属の生息分布と重複遺伝子の数に関する研究から「重複遺伝子をゲノム中にどの程度持つのか」という種の遺伝的構造が、多様な生息環境への適応能力と関係していることが分かっています。

参照1:リンク
参照2:リンク

2020年4月10日 (金)

生物は、岩石と水の場で生まれたのかもしれない。

生命は何処で生まれたのか?
有機物のない岩石と水の場、そこで宇宙線エネルギーの中で生まれたのかもしれない。

リンク
より引用

●「常識覆す成果」海底地下の岩から微生物 東大グループが発見


南太平洋の海底を掘削した岩石の中に、微生物が生息していることを東京大学の研究グループが発見しました。この岩石の中では、これまで生物は生息できないと考えられていて、研究グループは常識を覆す成果だとしています。

バクテリアなどの微生物は、地下から見つかるケースが増えてきていますが、有機物を豊富に含む堆積物の中や熱水噴出孔など、エネルギーを得ることができる場所にかぎられ、玄武岩と呼ばれる地下に広く存在する一般的な岩石の中には、生物は生息できないと考えられてきました。

こうした中、東京大学の鈴木庸平准教授の研究グループは、南太平洋のおよそ5000メートルの海底から、さらに100メートル余り地下の玄武岩を微生物が混入しないように掘削し、生物がいないか調べました。

その結果、玄武岩の筋状の模様の部分に、1マイクロ程度の小さなバクテリアなどが多数生息していることを発見しました。筋状の部分は玄武岩の一部が長い年月で粘土質に変化した部分だということで、見つかったバクテリアの詳しい種類や、どのようにエネルギーを得ているのかなどについて解析を進めています。

 
鈴木准教授は「誰も調べてこなかったので、もしかしたらと思ったが生物がいて驚いた。普通の岩石の中に生物が広く存在している可能性を示していて、これまでの常識を覆す成果だ」と話しています。

 

田村正道

2020年4月 1日 (水)

人間の顔は腸の延長

専門的に言うと解剖学者というのか、脳生理学者というのかわかりませんけれど、養老さんの先輩筋に当たる三木成夫さんという人がいまして、僕はものすごく偉い人だと思っています。
もう数年前に亡くなりましたけれども、この人は顔というのをどういうふうに規定しているかというと、人間の体の発達史に即して人間の顔とは何なのかということを言おうとしているわけです。つまり、機能の面からではなくて、動物から人間に発達してきたものとしての人間の顔とは何かということを三木さんは言っているわけです。

 三木さんの言い方をしますと、人間の顔というのは形から考える考え方をすれば、人間の食道まで通っている腸管がちょうど内側から外側へめくれ返ったものだ。
肛門で言えば脱こうというのがあるでしょう。つまり、痔の病気に脱こうというのがある。
この脱こうと同じで、要するに脱こうの上のほうに付いているのが人間の顔だというのが三木さんという人の考え方です。
腸管の延長線が頭のところに来て、それが開いてしまっているというのが人間の顔だと考えれば大変考えやすいし、発達史的に言いますとそのとおりで、そういうふうに考えると人間の顔の位置付けができると、三木成夫さんという人はそういう説き方をしています。
この説き方はとてもおもしろいので僕なんかの好きな説き方です。
つまりこれを発生史的な説き方といいます。
人間が発達してきて、それで人間にまでなったという言い方が、あるいはもっと、人間の定めだったのだ。定めだったんだけど、だんだん陸に上がってきて哺乳類になって、それで人間になったのだという発達した過程というのがあるわけです。
その過程から言いますと、つまり過程からいう考え方というのをこの人はよく非常に綿密に、非常にわかりやすく、しかも非常に一貫した考え方をとっていて、結構腸管が上のほうでめくれているというのが人間の顔だと考えれば妥当だし、一番よいと言っています。

 もう一つ解剖学的に言うと、魚にえらというのがあるでしょう、人間の顔というのはえらと同じ、えらが発達したものだと考えると大変考えやすいと三木さんは説明しています。顔ということを、あるいは表情をしている顔全般ということを、筋肉も含めて全般ということを、魚のえらが発達したものだと考えると考えやすいということを言っています。

 今言いましたように、腸管の延長線が人間の顔の表情、顔ですから、顔の表情の内臓感覚というのがここにきているということになるわけです。

 三木さんの説明の仕方をすると、口にとっての舌というのだけは内臓感覚だけではなくて、いわゆる感覚器官的なと言いますか、内臓ではなくて、外臓、外臓というのはおかしいですけれど、外とつながった、つまり感覚器官と同じような感覚が舌と唇には入っていて、そこが一番顔の中で敏感な箇所であるという説明をしています。
 ですから、人間の舌というのは要するに喉の奥から出ている手だと考えるとものすごく考えやすいのだ、そういうふうに考えると非常にわかりやすいのだということを説いています。
 僕が知っている範囲では、人間の顔についての二つの説き方というのは、人間の顔の機能と役割と解剖学的な性質について説かれている説き方というので、大別してその二つがあると思います。その二つで大体において、顔についての考え方は全部尽きていると言ってもいいのではないかなと思います。

 

 

大森久蔵 

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