絶滅した鳥の復活構想の中心にいる生きたハト
コロッサル・バイオサイエンシズは、新たな人工知能（AI）プラットフォームが、ドードーの特徴的なくちばしや顔の構造を説明する手掛かりとなる可能性があるDNA領域を約2300カ所特定したと発表した。米ダラスに本社を置くバイオテクノロジー企業が、生きた鳥の誕生を目指す計画の鍵とするのは、アンダマン・ニコバル諸島など東南アジアに生息するニコバトだ。
目次
同社は現在、テキサス州でニコバト36羽を繁殖コロニーで飼育している。古代DNA、遺伝子工学、代理母となるニワトリを用いた生殖技術を組み合わせ、選定したドードーの形質を持つ鳥を作るため、ニコバトの細胞を出発材料にする計画だ。
コロッサルのGenoMorphの発表によると、このツールはウズラ、アヒル、ニワトリ、ハトの発生データを用いて訓練された。膨大な遺伝的差異の候補から、科学者が研究室で検証できるものを絞り込むことを目的としている。
この計画には、望ましい形質を生むDNAの変化を特定すること、その変化を子孫に伝えられる細胞に導入すること、そしてドードーが唯一生息していたモーリシャスで適切な生息環境を整えることという、相互に関連する3つの課題がある。遺伝子改変した鳥が現地の繁殖個体群に加わるには、それぞれの分野で進展が必要だ。
同社は、絶滅種の主要な特徴を備えた「機能するドードー」を目指すと説明している。一方、自然史博物館は、構想されている鳥を「ドードーに似たハト」と表現する。この表現の違いは、外見や行動がまだ十分に解明されていない動物に、遺伝子改変した鳥がどこまで近づけるかという中心的な科学論争を反映している。
現存するゲノムが1つだけという難題
コロッサルが完成させた高品質なドードーのゲノムは1つだ。同社がGenoMorphの発表で挙げたケナガマンモスのゲノム104件と比べると、その差は大きい。ゲノムとは、生物が持つ遺伝情報の集合体だ。複数の個体のデータがあれば、種内で一般的な違いと、特定の形質に関係する違いを研究者が見分けやすくなる。
モーリシャスの環境は、遺伝情報の保存に適していない。高温多湿の環境ではDNAが断片化する一方、マンモスの遺骸が見つかるような寒冷環境では、より多くのDNAが保存されてきた。高品質なドードーのゲノムが1つしかないため、ある遺伝的特徴がドードーに一般的だったかどうかを確認する機会も限られる。
コロッサルの最高科学責任者ベス・シャピロ氏は、コペンハーゲン大学のトム・ギルバート氏、ヨン・フィエルサー氏とともに、解読・組み立てチームを率いた。同社のドードー計画の概要によると、デンマーク自然史博物館所蔵の頭蓋骨から抽出したDNAを使用した。
コロッサルによると、ゲノムは約50倍のカバレッジで解読された。これは、平均して各DNAの位置を約50回読み取ったことを意味し、配列の確認に役立つ。同社はまた、ゲノムの約95％が埋まり、解析も完了に近づいていると説明している。カバレッジは読み取りの反復回数を示し、完全性は配列のどれだけを復元できたかを示す。
GenoMorphはドードーのくちばしをどう探るのか
GenoMorphは、現生の鳥に関する情報と古代ドードーの配列を組み合わせる。コロッサルによると、学習用データには、胚発生の6段階と顔面形成に関わる3領域から採取した調節DNAのほか、70種以上の鳥の遺伝情報と頭蓋骨の計測値が含まれている。
調節DNAは、スイッチや調光器のような働きをする。遺伝子がいつ、どこで、どの程度働くかを制御する。こうした制御部分の変化が、発生中のくちばしや頭蓋骨の形に影響することがある。
同社が示した詳細な内訳では、くちばしの大きさに関係する調節領域の候補が653カ所、厚みや幅に関係するものが1698カ所ある。合わせて2351カ所となり、見出しで示された「約2300」の候補数と一致する。
シャピロ氏は、コンピューターによる予測から実験へ進む手順について、次のように説明した。
そこでGenoMorphは、70種以上の現生鳥類の頭蓋骨やくちばしがどのように発達するかを調べ、その形を制御する遺伝子スイッチを学習します。くちばしの大きさや形に関連する候補を約2300カ所まで絞り込みました。現在、これらの候補を研究室で検証しています
研究室での検証とは、候補となるDNA領域を改変または試験し、その結果を観察することだ。ニコバトの細胞に導入する変化を選ぶ前に、どの候補が発生に影響するのか、影響の大きさはどの程度か、また候補同士がどう作用し合うのかを明らかにする必要がある。
ニコバトが有用な理由
ニコバトはドードーに最も近い現生種だ。光沢のある緑色や銅色の羽を持ち、飛ぶこともできるため、絶滅したドードーとは外見が大きく異なる。それでも遺伝的に近いことから、コロッサルの遺伝子改変計画の基盤となっている。
絶滅したロドリゲスドードーも重要な比較対象だ。コロッサルは、同種をドードーに最も近い遺伝的近縁種とし、両方の絶滅種が共有していた形質を理解するため、そのゲノムを利用している。役割の違いは明確だ。ロドリゲスドードーは古代の遺伝情報をもたらし、現生のニコバトは実験や繁殖に使う細胞を提供できる。
コロッサルによると、繁殖に成功し、テキサス州のコロニーは36羽に増えた。研究者はこのコロニーで発生、生殖、遺伝を調べるとともに、構想する生殖手法に必要な特殊細胞を確保できる。
その細胞は始原生殖細胞（PGC）と呼ばれる。将来、卵子や精子になる初期段階の細胞だ。PGCを改変すれば、1羽の体だけを変えるのではなく、遺伝的変化を子孫に伝える方法となる。
生殖細胞の培養が先行する転機に
コロッサルは以前、都市部にも生息するカワラバトから始原生殖細胞を取り出し、60日間培養したと発表した。同社の研究者は、細胞の増殖が続く条件を見つけるまでに、栄養素や成長因子など300を超える組み合わせを試した。
コロッサルの鳥類種担当ディレクター、アンナ・カイト氏によると、ニワトリの生殖細胞で確立された培養法は、ウズラを含む他の試験対象の鳥ではうまくいかなかった。種によって必要な条件は異なるため、カワラバトでの成果はニコバトの細胞を扱ううえで実践的な一歩となる。
カワラバトの研究は、発表時点で査読を受けていなかった。査読とは、科学誌に掲載される前に他の研究者が研究内容を評価することだ。その後コロッサルは、ニコバトの研究で卵子や精子になる重要な細胞を作製したと発表した。
カワラバトの発表後に示された次の生殖実験は、培養したハトの細胞を使い、代理母となるニワトリを通じて生きたハトを誕生させることだった。コロッサルの計画では、ニコバトの始原生殖細胞の増殖を促す条件を検証し、その後、選定したドードーの形質を細胞に導入することも想定している。
計画にニワトリが使われる理由
鳥類の繁殖には、哺乳類で用いられるクローン技術とは異なる方法が必要だ。コロッサルの戦略では、遺伝子工学によってニワトリ自身の生殖細胞を取り除き、ハト由来の生殖細胞を持つニワトリを使う。
研究者は、編集したハトの始原生殖細胞を発生中のニワトリ胚に移植する。目標は、移植細胞に由来する卵子や精子を作る代理鳥を成体まで育てることだ。この仕組みで繁殖させれば、選定した遺伝的変化を持つ子孫が生まれる。
ニワトリは、遺伝学や繁殖について科学者が豊富な知見を持つため有用だ。コロッサルは、飛行能力が限られることから、ハトより管理しやすいとも説明している。
シャピロ氏は、母系と父系の系統を確立する必要があり、時間がかかると説明している。研究者は、目的の生殖細胞を作る鳥を得て、子孫が両親から意図した変化を受け継ぐよう繁殖させなければならない。同社の計画では、一度に多数の遺伝子編集を行う効率が限られることも技術的制約として挙げられている。
卵の中で遺伝子改変をより速く検証
コロッサルは、発生中の鳥類胚に遺伝子改変ツールを直接届ける脂質ナノ粒子を開発したという。脂質でできたこの微小な粒子は、DNA、RNA、CRISPRの構成要素を細胞に運ぶ。CRISPRは、DNAを狙った位置で改変するためのツールだ。
この方法の利点として提案されているのは、速度だ。鳥が成熟し、繁殖周期を終えるのを待たずに、遺伝子編集が胚の発生にどう影響するかを観察できる。これにより、長期に及ぶ生殖プロセスに進む前に、GenoMorphが挙げた候補を絞り込める可能性がある。
初期実験では、カワラバトやアヒルの胚などで、骨の発生に関わる遺伝子Runx2を標的とした。コロッサルは、編集後に頭蓋骨や顔の形に目に見える変化が現れたと報告した。
同社によると、初期の研究結果は頭蓋顔面の発生や分子生物学に関する学会で発表され、論文はプレプリントサーバーbioRxivに投稿する予定だ。プレプリントは、科学誌の査読前に研究内容を公開するものだ。次の実験では、候補となる調節領域を検証し、ニコバトの生殖細胞に導入する有望な変化を選ぶ。
遺伝子改変した鳥はどこまでドードーに近づくのか
自然史博物館のドードー解説は、基本的な難しさを指摘している。ドードーの外見や行動について、研究者が得られる証拠は限られている。完全な剥製は現存せず、1個体のものと確認されている骨を含む、ほぼ完全な骨格も2体しかない。いずれもモーリシャスに所蔵されている。
同館の推定では、ドードーの体高は約70センチ、体重は約12キログラムだった。コロッサルの計画ページでは、体高81～97センチ、体重13～23キログラムと、より大きな範囲が示されている。同館によると、体重は季節によって変化した可能性が高く、研究からは、広く知られる多くの図版が描く姿より、ほっそりとして機敏な鳥だったことがうかがえる。
ウェスタン大学の鳥類研究先端施設の共同創設者兼ディレクター、スコット・マクドゥガル＝シャックルトン氏は、発生には遺伝子、親の生物学的要因、ホルモン、環境の相互作用が関わると指摘する。同氏は、計画の目標に関する同社の表現に異議を唱える理由を次のように説明した。
発生の過程では、ゲノムは親のゲノムやホルモン、環境と相互作用し、遺伝子のオン・オフが複雑な形で切り替わります。絶滅種について、そうした相互作用を知ることも再現することもできません
コーネル鳥類学研究所の進化生物学者レオナルド・カンパーニャ氏も、ドードーの遺伝的構造や環境との相互作用をどこまで復元できるか疑問を呈している。コロッサルは、完全に同一の遺伝的コピーを作るのではなく、主要な形質と生態学的機能を再現することが目標だとしている。
モーリシャスには孵化する鳥以上の準備が必要
モーリシャスでは、狩猟や生息環境の変化、外来動物の侵入によってドードーが姿を消した。ネズミやブタなど、人間の入植に伴って持ち込まれた動物が鳥や巣を脅かした。放鳥計画を進めるには、こうした脅威に対処するとともに、個体群の拡大に十分な生息環境を確保する必要がある。
歴史的記録からも、最後の目撃年と推定絶滅年が異なる理由が分かる。
- 1598年：オランダ人船員がモーリシャスに到達。ドードーは、人間の入植後に持ち込まれた捕食者がいない環境で進化していた。
- 1662年：最もよく知られ、信頼性の高い目撃記録が残る。自然史博物館は、1680年まで目撃例があった可能性も紹介している。
- 1690年ごろ：コロッサルが引用するデービッド・ロバーツ氏とアンドリュー・ソロウ氏は、2003年に発表した分析で絶滅時期を推定した。
- 1865年：マール・オ・ソンジュ湿地の堆積層が発見され、豊富な遺骸からドードーの環境を復元する手掛かりが得られた。
コロッサルは、モーリシャスの科学者や自然保護団体、政府と連携し、モーリシャス野生生物財団とも提携していると説明している。調査では、ネズミがいない場所も探している。最高経営責任者で共同創設者のベン・ラム氏によると、生態調査と地域住民との協議を経て放鳥場所を選定する。
ラム氏は、遺伝的多様性を持つ遺伝子改変鳥を数千羽誕生させる構想を語っている。シャピロ氏は、導入は段階的に進めるとしている。最新のAI発表では孵化時期は示されなかった。ラム氏が以前述べた「少なくとも5～7年」という見通しは、生殖細胞の発表時に示された予測であり、新たに確認された日程ではない。
保全への効果と優先順位をめぐる議論
こうした技術は、現存する鳥にも応用できる可能性がある。生殖細胞を培養・保存し、有用な遺伝的変異を移すことで、遺伝的多様性の乏しい個体群や、深刻な病気の脅威に直面する個体群を支援できるかもしれない。
コロッサルは、モーリシャスのピンクバトを例に挙げている。同社の計画ページによると、個体数は375～490羽と推定され、1994年に野生下で確認された77羽から回復した。ただし、これらの数字は回復の一方で、近親交配や、寄生虫トリコモナス・ガリナエの感染を含む病気の問題が続いていることも示している。
イースト・アングリア大学の進化遺伝学教授コック・ファン・オースターハウト氏は、歴史的標本や近縁種から病気への抵抗性を特定し、脆弱な個体群に導入することに可能性を見いだしている。同氏はピンクバト研究のためにコロッサルから寄付を受けた。同氏の見解では、こうした技術は個体群の回復を後押しできるが、生物多様性危機の原因である生息地の喪失などには、引き続き直接的な対策が必要だ。
オックスフォード大学の生物学者リッチ・グレニヤー氏は、絶滅種をよみがえらせるという約束が、絶滅を防ぐ緊急性を弱めかねないと警告している。同氏が懸念するのは、絶滅種を後から置き換えられると考えれば、人々が自然への被害を容認しやすくなるというモラルハザードだ。
コロッサルの資金調達は、こうした議論に現実的な重みを与えている。同社は細胞に関する以前の発表に合わせて1億2000万ドルの追加資金調達を公表。累計調達額は5億5500万ドル、企業評価額は102億ドルとなった。投資家でXPRIZE創設者のピーター・ディアマンディス氏も、コロッサルのプログラム可能な生物学プラットフォームを医療、農業、保全に活用する企業を支援するネオジェネシス・キャピタルの設立を発表した。
ドードー計画では、多額の民間資金が具体的な研究室での実験や保全計画と結びついている。次の節目は明確だ。DNA候補を検証し、有用な編集を施した健康な子孫を誕生させ、モーリシャスで個体群が生き残れる条件を整える必要がある。
要点
- コロッサルによると、GenoMorphはドードーのくちばしや顔の構造に関係するDNA候補領域を約2300カ所特定した。
- 同社は高品質なドードーのゲノムを1つ保有し、テキサス州でニコバト36羽を飼育している。
- 構想する生殖方法では、編集したハトの生殖細胞と代理母となるニワトリを使う。
- 胚を使った実験と研究室での検証により、有用な形質を生む遺伝的変化を特定する計画だ。
- 目指す鳥はドードーの形質を選択的に備えるものだが、絶滅種をどこまで再現できるかについて科学者の間で議論がある。
- AIの発表に孵化時期は示されておらず、放鳥計画にはモーリシャスでの生息環境の整備と協議が必要だ。
