7/22なんでや劇場「分裂と生殖の秘密」レポート④～多細胞生物への進化

■その後、減数分裂を行う2倍体真核生物は多細胞生物に進化した。
なぜ、多細胞生物に進化したのが、2倍体真核生物だったのか？




●その前に、多細胞生物とは何か？
多細胞生物の代表が動物。そこでは、たくさんの細胞が単に群れ集まっているだけでない（もちろん、単細胞から多細胞への進化過程では、栄養や情報を細胞間でやり取りするために群れ集まる「群体」という段階が存在するが）。人類では60兆個もの細胞が機能分化している。あるものは皮膚であったり、あるものは目であったり胃であったりと、膨大な数の細胞が多様な臓器や器官を形作って協働する。これが多細胞生物の特徴である。

一つの細胞が全ての機能を負担する、いわば一個の万能細胞が単細胞生物であるのに対して、各細胞が限定された機能に特化し各々の役割を担う、細胞群の協働態が多細胞生物である。


●では、このような多細胞生物の細胞の機能分化の起源は？

その起源は、遺伝情報を保存する生殖細胞と、それ以外の仕事を担う体細胞との役割分化にある。

多細胞生物は生殖細胞と体細胞から成る。生殖細胞とは卵子や精子を作り出す細胞。それ以外の細胞が体細胞である。遺伝情報を次世代に受け継ぐことができるのは生殖細胞だけであり、それによって種の保存が実現される。体細胞はある限定された機能の細胞へと分化した後はその機能を変えることなく働き続け、役割を終えると死んでゆく。あらゆる機能の細胞に分化し、次世代をつくる機能をも併せ持つ(＝万能性をもつ)のは、生殖細胞が結合した受精卵だけである。

初期の２倍体真核単細胞生物（ex.ゾウリムシ）は、体細胞分裂する過程と減数分裂した細胞が遺伝子を組み換える過程の二つを併せ持っているが、減数分裂だけに特化した生殖細胞と、体細胞分裂だけに特化した体細胞とに分化させたのが、多細胞生物である。

安定性が求められる遺伝情報の保存を生殖細胞だけが受け持てば、それ以外の体細胞は変異が容易になり、多様な機能分化が可能になる。体細胞が(万能選手でなくとも)スペシャリストとして働くことができれば、その生物の機能全体が飛躍的に高度化するし、様々な適応様式を作り出すことができるようになったのである。

遺伝情報の安定性を生殖細胞が保持しつつ、外圧の変化に即応するための変異性＝機能分化を体細胞が獲得する。安定と変異を両立する画期的なシステムを実現したのが、多細胞生物なのである。　実際、多細胞生物はその後急速に、かつ多様に進化してゆく。

●体細胞の多種多様な機能分化はＤＮＡ変異によるものなのか？

そうではない。どんな体細胞でもＤＮＡ配列はみな同じなのである。

では、なぜ、ＤＮＡ配列が同じ体細胞が多様に機能分化できるのか？

そのカギはタンパク質(酵素)にある。酵素とは、生体内で起こる特定の化学反応だけを促進させるタンパク質である（現在1000種類以上発見されているらしい）。酵素によってＤＮＡ配列の一部分だけが働くように指令されると、ＤＮＡは同じでも全く機能の違う体細胞が多種多様に形成される。体細胞の機能分化の指令塔が、タンパク質＝酵素ということだ。

生殖細胞の変異はＤＮＡ変異(減数分裂によるＤＮＡ組換え含む)によってなされるが、体細胞の機能分化は(ＤＮＡ変異によらずとも)外圧に即応して起こるのだ。実際、「カンブリア大爆発」と呼ばれる急激な進化においても、ＤＮＡが変異したわけではない。急激な環境変化＝外圧をキャッチした細胞群が相互に細胞間シグナルを送り合い、タンパク質群がＤＮＡに指令することによって体細胞が急速かつ多様に機能分化したのが、「カンブリア大爆発」である。ＤＮＡから情報を部分読み取りしてタンパク質に伝えるＲＮＡも、そこで何らかの役割を果たしているに違いない。

この話は、大きな気づきだった。

生物学の世界ではＤＮＡばかりが競って研究されている。まるで変異と言えば、ＤＮＡ変異が全てであるかのように（ＤＮＡ信仰と言っても過言ではない）。ところが、体細胞の多様な機能分化を実現しているのはＤＮＡではなく、多様なタンパク質群なのだ。ＤＮＡ信仰という固定観念を捨てて初めて、生物の進化の謎に迫ることができるのだろう。


（本郷）