遺伝子のコピペミスが進化にどのような影響を与えたか
 新たな研究によると、7億年前に誕生したさまざまな動物の共通祖先の遺伝子のおよそ半分は、本来の用途を変えることで、今日の動物に見られるさまざまなユニークな特徴を作り出しているという。

 そのような古い遺伝子は、生物の体において基礎的なきわめて重要な機能を担っている。それほど重要なものを、なぜ動物たちは別の用途に再利用することができたのか?

 スペインの研究者が『Nature Ecology & Evolution』(2024年4月15日付)で発表した研究によれば、その原因は遺伝子のコピペミスで、同じ遺伝子を2つ作り出してしまったことだという。

前後、上下がある生物の共通先祖

 7億年前、驚くべき生物が地球に誕生した。今の基準からすればどこがスゴいのかわからないだろう。

 その動物には前と後、上と下があった。この特徴は当時としては画期的なもので、私たち人間をはじめ、ほとんどの複雑な動物が受け継いでいる。

 太古の海の海底を這っていたと推測されているその生物は、脊椎動物(魚類、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類)と無脊椎動物(昆虫、節足動物、軟体動物など)が含まれる大グループ「左右相称動物」の最後の共通祖先である。

 バルセロナ科学技術研究所(スペイン)をはじめとする研究チームは、ヒト、サメ、カゲロウ、ムカデ、タコなど20種の左右相称動物を調べ、じつに7000グループ以上の遺伝子がその共通祖先まで遡ることを突き止めた。

 もう1つ驚くべきことは、この共通祖先の遺伝子の半分が、その後の動物のさまざまな部位で再利用されていたことだ。

 そのような古い遺伝子は、たいていの場合、身体の中で基礎的な役割を担っている。それほど重要な遺伝子をどうやって別の用途に使うことができたのか?
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photo by iStock

遺伝子のコピペミスが原因で進化の多様性が生じる

 この研究によると、その原因は、左右相称動物の進化の過程でたまたま起きたコピペミスだ。

 遺伝子のDNAはいわば設計図のようなもので、体の構造などタンパク質合成に必要な情報がすべてつまっている。その設計図を複製するときに誤りが生じたのだ。

 例えば、脊椎動物が誕生してまもない頃、体の各種組織に特化した遺伝子が大量に出現するという重要な出来事が起きている。

 偶然か必然か、それと時を同じくして、ゲノム情報全体がコピーされるという非常に重要な出来事(全ゲノム重複イベント)が2回起きている。

 こうして同じ遺伝子を2つ手に入れたことで、動物たちは片方を基本的な機能のために残しつつ、もう片方を進化のために大胆に使うことができた。

 研究チームの1人、フェデリカ・マンティカ氏は、我々の遺伝子は、組織や臓器を作るためのレシピが書かれた膨大な数の料理本のようなものだと語る。
例えば今、手元にパエリアのレシピがあったとする。書きうつすときにミスをして、2種類のレシピができてしまった。

元々のレシピを保持しつつ、もう1つのレシピはミスした部分が変更されていき、いろいろ工夫を凝らしたところリゾットが出来上がる
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photo by iStock

共通祖先に起源を持つ現代の遺伝子

 しかも、このような出来事は、程度の差こそあれ、左右相称動物の進化の歴史を通じて繰り返し起きているのだという。そして今回の研究では、そうした事例がいくつも発見されている。

 例えば、件の共通祖先に起源があるTESMIN遺伝子とtomb遺伝子は、脊椎動物と昆虫の両方の精巣において、それぞれ独自の役割を果たしている。

 それはとても重要なもので、この遺伝子が正常に働かないと精子を上手く作ることができず、マウスでもミバエでも生殖に問題を抱えるようになる。

 先祖遺伝子の特殊化は、複雑な神経系が発達する基礎にもなった。脊椎動物では、神経細胞の周囲に「ミエリン鞘」(神経シグナルの高速な伝達には不可欠なもの)を形成するのに重要な遺伝子がそれだ。

 人間では認知機能に重要な役割を果たすFGF17遺伝子が、もともとは共通祖先から受け継いだものだ。

 昆虫では、そうした遺伝子が筋肉と表皮のクチクラを形成するために使われ、飛行能力を発達させた。

 タコの皮膚では、光の刺激を感知することに特化し、忍者のようなカモフラージュ機能や、仲間とのコミュニケーション能力を支えている。

 つまり、昆虫の飛行能力、タコの迷彩、人間の認知もすべてコピペミスから始まったのだ。
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コピペミスがユニークでバランスの良い進化につながった

 今回の研究では、組織レベルで種の進化を追うことで、身体の各所にある遺伝子の使われ方の変化が、動物それぞれにユニークな特徴を進化させる大きな原動力になっただろうことが明らかになった。

 この研究の責任者であるマヌエル・イリミア教授は、こう結論づけている。
この研究は、遺伝子が果たす役割や機能を再考させるものです。生存に不可欠で、何百万年もの間、保存されてきた遺伝子であっても、進化の過程でいとも容易く新たな機能を獲得することができます
 重要な役割を守ること、新しい道を探ること、どちらも大切だが、進化はそのバランスを上手くとっているのだそうだ。

References:Evolution's recipe book: How 'copy paste' errors led to insect flight, octopus camouflage and human cognition / written by hiroching / edited by / parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 08:26
  • ID:BYcQ7oq00 #

こういうのを聞くと
今の人間が「人間の姿」をしてるのは本当に物凄い確率の偶然の産物で
仮に異星人が存在してたとしても「人間の姿」をしてることはあり得ないんだろうな
と思うな

2

2. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 08:39
  • ID:Ketg2zp00 #

生命全体で見ると柔軟性があって良いが、個別の存在としてみるとエラーのせいで難儀してます。

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3. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 10:00
  • ID:oCApPulw0 #

こういうの見るとやっぱり生物ってのは遺伝子の乗り物であって
個体の意志なんてものはおまけに過ぎないんだなってわかるわ

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4. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 10:31
  • ID:g4LUrqIt0 #

コピペミスってか変異の事だよね
色んな変化した中で生き残り続けた同一の変化が種として残るって言う
ずっと前から進化の重要な過程として説明されてた気がする

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5. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 10:32
  • ID:dJ13FZ7j0 #

>>1
地球上においても、生物全体の中で人間型の形態をしているものはごく一部だしね

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6. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 10:49
  • ID:HIHIo6Bd0 #

結果オーライの極み感あるね

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7. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 11:13
  • ID:yonhcoNx0 #

❘❙❚❘❙❘❘❙❘❚
(`・ω・´) コピペをミスってバーコードになりました

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8. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 11:18
  • ID:0lALorCT0 #

遺伝子がミス無く完璧にコピーされ続けていたら全く進化しない訳で、コピーミスこそ進化そのものとも言える。
変化したら致命的なところが変化したら当然ながら死ぬだけで子孫を残せない。
今のところどうでもいい場所が変化した場合は子孫に残り続けるか定かではないが、次にどこかが変異する事で合わせ技となり有利になるかも知れないし合わせ自爆技で死ぬかも知れないし無関係のままどうでもいい状態が続くかも知れない。
変化した事で個体の生存に有利になればその変化は子孫に受け継がれやすい。
まあ私の受け売りよりそのあたりはリチャード・ドーキンスの本に詳しいし、個人的にはドーキンスの説が進化の説明として一番納得できる。

9

9. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 12:01
  • ID:prFHUHPG0 #

哺乳類ぐらいになるとゲノムもめっちゃ長いけど、あの中には過去の進化の過程で使ってきて今は使わなくなった遺伝子も大量に眠ってんだよな
つまりそれを再び目覚めさせる事ができれば、全身もふもふの獣人が街中を闊歩するケモナー歓喜の時代も夢ではない、と…

10

10. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 12:19
  • ID:js349Q940 #

目なんかもまさにそうだね。単なる眼点を作る程度の遺伝子が、重複の結果今みたいな複雑な機能の眼になった。

11

11. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 12:33
  • ID:LhLoRQc30 #

そこまで汎用性を持ってかつ強固な遺伝子というシステムが、生命の黎明期に発生したという矛盾
例えるならストーンヘンジの中央に制御PCが入ってたみたいな

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12. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 13:03
  • ID:Ic8zGy7h0 #

>>11
語弊を恐れずに言うと、そこまで汎用性はないよ

有機物しか食べられないし光と振動を感知するしかない。岩を食べたり光合成したりテレパシーで会話したりレーザービームを撃ったりは出来ない
結局の所、食料の確保・睡眠の方法と時間・繁殖、成長の方法・外見が少しばかり違うだけの生物しか存在出来てない

13

13. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 14:11
  • ID:wstZF2RS0 #

人類のハゲなる呪いが神様のこんなうっかりで賜ることになるとは…

14

14. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 16:51
  • ID:Pr1K.4o60 #

人類は脳が極端に大きくなった事で知能が発達し繁栄したけど
頭部に弱点があるっていう欠点を持ってるよね

15

15. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 18:34
  • ID:siT2Q1f10 #

>>11
矛盾でもなんでもない。ただの偶然の産物や
生命自体がまず、風に吹かれた水と土から偶然スパコンが組み上がったようなもんだからな

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16. 匿名処理班

  • 2024年04月20日 20:51
  • ID:s.OKy11g0 #

「コピペミス」って書き方だと単なる変異と間違われやすいな
ようするに1個しか必要無いものを2個にしちゃって
余った方が多様な用途に使われるようになった
って話

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17. 匿名処理班

  • 2024年04月21日 12:09
  • ID:KxhEhRRl0 #

 より存在するために複雑多様化しつつ、時にはそれを捨てる。
細胞が代謝を繰り返して生まれ変わりつつ老化し、そして死ぬ時に大量の経験情報を消しさって遺伝子と模倣子だけを残すのも破局に対する防御機能だ。

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18. 匿名処理班

  • 2024年04月21日 15:04
  • ID:m9EybKg00 #

>>17
攻殻機動隊だね
初めて読んだときは衝撃だった

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19. 匿名処理班

  • 2024年04月21日 16:34
  • ID:KxhEhRRl0 #

>>18
「生命」の定義についても、作者は分子生物学とかをよく勉強しているなぁと感心したよ

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20. 匿名処理班

  • 2024年04月24日 15:10
  • ID:LWYc2fhW0 #

コピペミスっちゃって生存に利益のある特性になれば進化、生存に不利益な特性になれば障害
単純な生き物なら淘汰されれば良いけど人間くらい複雑になるとそのコピペミスの恩恵を得られてるのかよくわからなくなってくる

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