人間の大きな脳。その秘密は、私たちの祖先の遺伝子に生じたたった一つの変異にあるかもしれません。この一つの変化によって大脳皮質は2倍の大きさへと拡大し、類人猿を「人間」へと変貌させたのです。興味深いことに、この変異型遺伝子は現代人のほか、ネアンデルタール人など絶滅した原始人類にのみ確認されています。
約500万年前の分岐、その100万年後の決定的変異
チンパンジーと現代人の祖先が遺伝的に分岐したのは約500万年前とされており、これは古くから知られていました。ところが、『Science Advances』誌に発表されたドイツの研究チームによれば、脳の発達に関わる遺伝子「ARHGAP11B」に決定的な変異が生じたのは、その100万年後だったというのです。脳の発達を司る一つの遺伝子の中で、塩基の「C(シトシン)」が「G(グアニン)」に置き換わりました。
変異がなければ、人間はボノボの一種だった?
「この変異がなければ、人間は今でもチンパンジーやボノボのような存在だっただろうか?」――こう問われると、研究チームの一人であるヴィーラント・フットナー博士はこう答えます。
「それは言い過ぎですね。この変異がなかった場合に人類の進化がどうなっていたかは誰にも分かりません。そもそも、これまでの実験はマウスだけを対象に行ったものですから」
胎児の発育過程における脳の形成には数千の遺伝子が関与しており、これはマウスでも人間でも同様です。また、人間と他の哺乳類の発生過程には多くの共通点があります。それだけに、脳研究者たちは長年にわたり、人間と動物を分ける遺伝的な違いを突き止めようとしてきましたが、決定的な手がかりは得られていませんでした。
大脳皮質を2倍にするメカニズム
鍵を握るのが、人間に特有の遺伝子「ARHGAP11B」です。すべての哺乳類の胚では、大脳皮質――しわの寄った大脳の外層――が成長する過程で、基底前駆細胞(BP細胞)と呼ばれる前駆細胞から脳細胞が生み出されます。ところがARHGAP11Bは、BP細胞を通常よりはるかに多く作り出し、皮質の内側の層である「脳室下帯」を丸ごと倍増させるのです。その結果、大脳皮質は2倍の厚さになり、脳細胞も格段に豊かになります。
マルタ・フローリオ氏とドイツの複数のマックス・プランク研究所の研究チームは、昨年すでにこの現象を発見していましたが、今回、その仕組みをDNAレベルまで解明しました。人間のこの遺伝子は、酵母をはじめ多くの動物種が持つ古代の遺伝子「ARHGAP11A」に由来します。
遺伝子の「重複」と一文字の置換
人間の変異型は、古い遺伝子がほぼまるごと複製されたものです。遺伝子の重複は、細胞分裂の際に遺伝子が二度読み取られてコピーされるという稀なケースで起こり得ます。この重複自体は、人類の祖先がチンパンジーから進化的に分岐した頃にすでに起きていたと考えられます。
しかし、重複しただけでは皮質の脳室下帯を倍増させる力はありません。研究チームが注目したのは、ARHGAP11Bの一箇所で、元の遺伝子と比べて「C(シトシン)」が「G(グアニン)」に置き換わっていた点です。この置換により、遺伝子のある部分が読み取られなくなり、特定のタンパク質が作られなくなりました。このタンパク質はBP細胞の分裂を抑制する働きがあるため、C→Gへの置換は結果的に細胞分裂を促進することになります。
これこそが、約400万年前に私たちの脳を猛烈なスピードで成長させ始めた変異なのかもしれません。では、脳にそんな「ターボブースト」をかけるのがそれほど簡単なら、なぜ人類の祖先でしか起こらなかったのでしょうか? フットナー博士はこう説明します。
「あの『重複した』遺伝子を持つ動物種は他に存在しないのです。だからこそ、あの変異は起こり得なかったのです」
化石DNAが裏付ける変異の起源
この遺伝子変異が数百万年前のものだとすれば、既知のすべての人類につながる初期の人類祖先に由来するはずです。幸い、ホモ・サピエンスの「親戚」である絶滅人類の化石DNAの一部は保存・解析されており、その塩基配列はオンラインのデータベースで公開されています。これにより研究チームは、ネアンデルタール人やデニソワ人もまた、人間型の遺伝子変異ARHGAP11Bの保有者であることを容易に確認しました。さらに、DNAが解析済みのすべての現代人においても、ARHGAP11AではなくARHGAP11Bが存在することが確かめられています。
Crispr/Cas9に代表される最新のゲノム編集技術を使えば、外来遺伝子を極めて効率的に生物へ導入できます。フットナー博士はこう明かします。
「まさに今、私たちの研究室でその実験を行っています。ヒト型の機能性ARHGAP11B遺伝子を組み込んだマウスを解析しているところです」
そのマウスがより発達した脳や高い知能を持つのかどうかについては、博士は口を閉ざしています。「その結果は、学術論文として発表します」