研究室訪問

遺伝子の塩基配列データ解析による生物系統の解明

 地球上の生き物たちはどこから来て、どこへ行こうとしているのか。地球温暖化や森林の減少により、多くの動植物が絶滅の危機に瀕しているという。他の生物と共生する世界を築くために、人類はいかに行動すべきなのか。曹纓(Ying CAO)さんはいつも、そんな思いを込めながら統計解析のコンピューターに向かう。専門は生物進化統計科学。遺伝子DNAの配列を比較することで生物の系統関係を明らかにし、持続的な利用(sustainable use)や希少種の保護に役立ちたいと考える。

2010年は国連が定める国際生物多様性年

 現存する全ての生物は共通の祖先から、長い「選択」過程を経て進化した。2009年はダーウィン( 英国の自然科学者、1882年没)の生誕200年にあたり、野生生物の生態や進化をめぐる話題が多く取り上げられた。また、2010年は国連が定める「国際生物多様性年」。秋には愛知県で生物多様性保全条約締約国会議(COP10)が開かれる。分子レベルから進化を問う系統研究は今、最も注目される学問領域ともいえる。

顔写真

曹 纓
モデリング研究系
グラフ構造モデリンググループ助教

 「生物多様性は進化の産物。それを理解するには、DNA配列のデータから生物の系統関係を推定することが基礎的なツールとして重要です。」系統樹推定を行うためのモデル開発には、分子進化における確率的な過程が重要な役割を果たす。曹さんは遺伝子の塩基配列データがもつ情報を最大限利用することで生物多様性の解明を目指す。

 研究室には、クジラ類の系統図や「1億年前の大陸配置と真獣類の進化」と題する大きな図面が貼り出されている。哺乳類、鳥類、魚類など脊椎動物の全体像を視野に入れ、異なる種の間の近似関係と系統樹推定に関する問題点を検討する。形態が似ていることが、必ずしも系統が近いことを意味する訳ではない。「本当に似ているかどうかは遺伝子レベルでの検証が必要。他人のそら似という言葉があるが、生物多様性の真実をゲノムの世界が語り明かそうとしています。」

かけがえのない生物の命に感謝しながら、詳しい統計関係の解明につなげたい

絶滅危惧種カワイルカの国際共同研究

 上海水産大学を卒業後、1995年から東京工業大学大学院生命理工学研究科の分子生物進化学講座で学んだ。博士論文のタイトルは「脊椎動物の系統進化」。系統樹研究に新たな風を吹き込んだ功績により井上科学振興財団の研究奨励賞を受けた。その後、日本学術振興会特別研究員として統数研に通い、「絶滅の危機にあるヨウスコウカワイルカの系統を研究したい」との思いを強めた。「小さい頃から生き物好きで、特にパイジー(中国語でヨウスコウカワイルカ)のやさしい姿に魅力を感じていました。その貴重な遺伝子が河川の汚濁によって失われようとしている。じっとしてはいられない気持でした。」

 カワイルカ類は歯クジラ科に分類される。世界で知られる5 種類は同じような形態で、とくに細長くて先端が平べったい嘴の特徴から系統的にも近いと考えられてきた。曹さんは統数研の長谷川政美教授(2008年から特命教授)の研究指導を受け、遺伝子の中に散在するSINE(短い反復配列)の挿入結果と、ミトコンドリア・シトクロムb遺伝子の配列を解析し、総合的に系統樹を推定した。この結果、アマゾンと揚子江のカワイルカは海洋性イルカに近いが、ガンジス河のものは種として古いことが分かった。約3千万年前に大型のアカボウクジラを含む他のイルカの祖先たちと分岐した可能性が高いという。

 2003年夏、曹さんの長年の夢がかなった。中国科学院水生生物研究所との共同研究が実現し、武漢市の水槽で飼育されている雌のヨウスコウカワイルカ・淇淇(チーチー)から採取したDNAサンプルを現地で分析し、配列複製(PCR)実験の成果を統数研に持ち帰った。ミトコンドリア・ゲノムの1万6千以上のbp(base pair)が集積するDNAデータの解析を現在も続けている。「淇淇は死亡しましたが、国際共同研究の貴重な素材を提供してくれた。かけがえのない生物の命に感謝しながら、詳しい系統関係の解明につなげたい」と曹さんは話す。

マダガスカルの動物系統の分類に新発見

 現在取り組む国際共同プロジェクトでは、マダガスカルを舞台に哺乳類の系統進化を解明しようとしている。例えば食虫目の動物は単系統のグループでないことが明らかになり、分類上の「目」(もく)の間の進化的な関係を究明する必要があるという。

 マダガスカルに生息するハリテンレックは、体毛が硬い針状でハリネズミに似る。このため、トガリネズミ、モグラなどと同じ食虫目に分類されてきた。しかし、分子データから推論すると、ハリネズミと近縁どころかゾウ、ジュゴン、ツチブタなどアフリカ起源の動物の仲間であることが示された。外形が似たのは同じような生活環境に適応したために起った「収斂進化」の結果と言えそうだ。

 このようにして真獣類の系統が解き明かされていく。しかし、曹さんは「我々は分子進化の機構を完全に理解しているわけではない」と言う。モデルは常に暫定的なものであり、データが増えるにつれて改善され続けなければならない。「そこで、統計学の最尤法を用いれば、解析しているデータに適合するモデルを選択するための客観的な規準が示される。」最も尤もらしい生物分類にたどりつくために、統計学が活躍すべき方向性がここに示されているように思う。

 会社員の夫と小学生の長女との3人暮らし。休日には家族で動物園や水族館に行くことが多い。「子どもには命の大切さと生物進化のダイナミックさをしっかり伝えたい。」娘が誕生日にくれたプレゼントは、イルカをかたどったマグネットだった。母としてまた研究者として、曹さんは受け継がれる命の尊さを思いながらDNAデータの解析に打ち込む。

(企画/広報室)

図1.哺乳動物の進化と大陸配置の概念図


図2.ヨウスコウカワイルカのミトコンドリア・ゲノム


図3.マダガスカルに生息するテンレック類

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