『母の笑顔は遺伝する』（2018年）は、現代の遺伝学と遺伝の理解を探り、古代ギリシャ時代から続くこの分野の歴史をわかりやすく解説します。著者カール・ジンマーは未来にも目を向け、目前に迫る遺伝子技術の発展を予測し、それが人類に何をもたらすのかを解き明かします。
あなたの遺伝的遺産の豊かさを発見しよう
家族の集まりに行ったことがある人なら、祖母の眉毛や叔父の笑顔を受け継いでいると言われた経験があるでしょう。身長や男性型脱毛症のような遺伝的特徴は世代を超えて受け継がれる、というのは常識です。
しかし、遺伝の仕組みについて私たちは全体像をつかんでいるのでしょうか？
家族内での遺伝のメカニズムに対する理解は、時代や文化によって大きく異なります。南米の初期社会では、女性と性交渉を持った男性は誰でもその子の父親と見なされました。一方、ハワイ語には姉妹と女性のいとこを区別する言葉がありません。
このように遺伝の解釈が多様であることからもわかるように、遺伝は複雑で、その概念は絶えず進化しています。この要約では、遺伝と、科学、医学、文化、歴史との関わりについてより深く理解できるでしょう。
この要約でわかること
- 19世紀のモラヴィアの修道士と現代の遺伝子研究との意外なつながり
- 遺伝学がハプスブルク王朝の衰退にどのように関与したか
- ある人が乳糖不耐症で、別の人がそうでないのはなぜか
遺伝は文化的構築物であると同時に生物学的プロセスである
「遺伝」と聞いて何を思い浮かべますか？ 遺伝子？ 富？ 地位？ 実は遺伝はこれらすべてを包含しています。遺伝は生物学的な意味だけでなく、文化的な意味も持つ複雑な概念です。ハプスブルク家の物語がそのことを如実に示しています。
15世紀から18世紀にかけて、ハプスブルク家はヨーロッパで最も強力な王朝のひとつであり、オーストリア・ハンガリー帝国を統治していました。彼らは支配的な文化的遺産モデルによって権力を確保しました。それは父親の死後、王位が父親から息子へと受け継がれるというものでした。
遺伝学が科学の一分野となるずっと以前から、遺伝は世界中の社会で富、地位、権力を移転する基盤となっていました。
西ヨーロッパでは、中世までローマ式の「ヘレディタス（相続）」という制度が一般的でした。これは故人の財産を相続人に引き継ぐ仕組みです。
ルネサンス期には、このヘレディタスに加えて「血の遺伝」という概念が導入されました。知性や勇気といった特性は血に宿り、親から子へと血を通して伝えられると信じられていました。特に貴族たちは、自分たちの「優れた」血を階級の異なる人々の血と混ぜて汚すことを極度に嫌いました。
しかし、遺伝を血と生物学に基づかせたことが、結局はハプスブルク家の破滅を招きました。彼らはヨーロッパで最も高貴な血を持ち、それを汚さないようにすることに執心し、限られた遺伝子プールの中だけで結婚しました。遺伝子とは、私たちの細胞内に存在する遺伝情報の単位です。現在の科学者が知っていてハプスブルク家が知らなかったのは、遺伝病を避けるには、遺伝的な純血性より多様性を育むことが鍵だということです。
何世紀にも及ぶ近親婚の末、ハプスブルク家の世代には、猫背、鳩胸、顎の奇形、精神疾患など、さまざまな遺伝病が生じました。不妊も近親婚の副作用であり、ハプスブルク王たちは次第に世継ぎをもうけることが困難になり、ついには王朝が断絶してしまったのです。
皮肉なことに、ハプスブルク帝国が衰退しつつあった1592年、ルイス・メルカードが宮廷医に任命されました。1603年、メルカードはハプスブルク家との関わりから影響を受けたと思われる初期の重要な著作を出版しました。その著書『遺伝病について』では、身体的特徴や病気が王冠のように世代から世代へと受け継がれうることを示唆しています。
遺伝学の父は19世紀のオーストリアの修道士
19世紀のモラヴィアの修道士が遺伝学の誕生にどんな関係があるのでしょうか？ 実は、大いに関係があります。
グレゴール・メンデルは保守的なアウグスチヌス会の若い修道士で、オーストリアの片田舎の修道院で数学と科学を教えていました。彼はさらなる研修のためにウィーン大学に送られ、1853年に修道院に戻ると、独学で科学の勉強を続けました。
メンデルは、二つの異なる種を交配させた種子から育つ雑種植物に魅了されました。当時の生物学者たちは、雑種が両方の元の植物の特性を示すことを知っていましたが、個々の雑種がどの特性を受け継ぐかを予測することはできず、ましてやその理由を説明することもできませんでした。
メンデルは22種類のエンドウ豆を育て、1万粒のサンプルを手作業で丹念に交配させました。黄色の豆と緑色の豆を交配させたところ、第一世代の雑種はすべて黄色になりました。しかし第二世代では、一部の豆が緑色になりました。同様に、しわのある豆と滑らかな豆、背の高い豆と低い豆を交配させても、同じような結果が得られました。
メンデルはこれらの結果から、遺伝学の三つの原理を正しく理論化しました。第一に、雑種植物は各親植物から形質を受け継ぎます。親の豆が黄色ともう一方が緑色であれば、その子孫の遺伝的構成には両方の色が含まれます。ただし、発現するのはどちらか一方の形質だけです。これがメンデルの第二の原理につながります。第一世代の子孫で発現する形質は優性形質であり、エンドウ豆の場合、黄色が優性形質です。第三に、第一世代では現れず、次の世代で現れる形質は劣性形質です。
現在では、これらの形質が遺伝子にコード化されていることがわかっています。各遺伝子は二つの対立遺伝子（アレル）、つまり遺伝子の変異体で構成されています。メンデルが提唱したように、対立遺伝子には優性と劣性があります。ある形質が物理的に発現するには、優性対立遺伝子は一つだけで十分ですが、劣性対立遺伝子が発現するには二つ必要です。たとえば、目の色を決める遺伝子では、茶色の目の対立遺伝子が優性で、青い目の対立遺伝子は劣性です。両親の遺伝物質が組み合わさったとき、一方が茶色の目の対立遺伝子を持っていれば、その子の目は茶色になります。
メンデルの実験は、遺伝子とその対立遺伝子が世代ごとにどのように混ぜ合わされ、再結合されるかを明らかにしました。こうして彼は、DNA発見の基礎を築いたのです。
DNAは系図検査に革命をもたらした
法廷史の記録をひもとくと、父子関係を争う裁判は古くから行われてきました。しかし、裁判官や陪審員が生物学的証拠に基づいてこれらの紛争を解決できるようになったのは、20世紀初頭になってからのことです。
初期の有名な父子鑑定訴訟は1942年にハリウッドで起こりました。女優ジョーン・バリーが、チャーリー・チャップリンは娘キャロル・アンの父親であると主張し、養育費と出産費用を求めて訴えたのです。
チャップリンが父親であることを証明するため、バリーは自分、キャロル・アン、チャップリンの血液検査に同意しました。1908年、ポーランドの科学者ルートヴィヒ・ヘルツフェルトは、優性遺伝子と劣性遺伝子の法則が血液型にも適用されることに気づきました。四つの血液型A、B、AB、Oのうち、O型は劣性です。O型の血を受け継ぐのは、両親ともにO型の場合だけです。
判明したのは、バリーがA型、チャップリンがO型だったことです。ではキャロル・アンは？ B型でした。つまり、彼女は父親からしかB型を受け継げなかったため、チャップリンは父親ではないことが証明されたのです。
もちろん、この種の血液検査は父子関係を否定することしかできず、確定することはできません。しかし、DNA検査の開発により、対象者が故人であっても、ずっと高い精度で系譜が判定できるようになりました。
1917年、当時のロシア支配者ニコライ・ロマノフ皇帝は退位させられ、1918年7月に家族ともども銃殺されました。死後何年もの間、ロマノフ家の皇女の一人が逃げ延びたという噂が流れました。
1991年、ロマノフ家が処刑された場所の近くで墓が発掘されました。DNAサンプルによって、墓の遺骨が同一家族のものであることが確認されました。しかし、それはロマノフ家の遺骨だったのでしょうか？
法医学者ピーター・ギルはミトコンドリアDNAを使ってこの謎を解明できました。長年、科学者たちはDNAが細胞核の中にのみ存在すると考えていました。1963年、私たちの細胞内の小さな器官であるミトコンドリアにも特定のDNA繊維が存在することが発見されました。ミトコンドリアは栄養素を取り込んでエネルギーに変換します。ミトコンドリアDNAは、独自に母親からのみ受け継がれるのです。
ギルは、アレクサンドラ・ロマノフ皇后が英国のヴィクトリア女王の孫娘であり、したがって彼女のミトコンドリアDNAを受け継いでいることに気づきました。墓で見つかったミトコンドリアDNAのサンプルを、ヴィクトリア女王の直系子孫で存命のフィリップ王配から採取したサンプルと比較することで、ギルは墓の遺体がロマノフ家のものであり、一家全員が1918年7月にエカテリンブルクで確かに処刑されたことを確認できました。
身長を決めるのは遺伝だけではない
ジョージアン時代のロンドンで、ジュディスとロバート・スキナーという小人症の二人は、自らを「見世物」として展示して生計を立てていました。彼らはすぐに引退して家庭を持てるだけの蓄えを築きました。当時、小人症の人々がこのように生計を立てるのは一般的でした。しかし、スキナー夫妻が次にしたことはあまり一般的ではありませんでした。お金が尽きると、彼らは今度は子どもたちを連れて再び巡業に出たのです。この第二の見世物興行はさらに人々の関心を集めました。なぜなら、スキナー夫妻の子どもたちは皆、平均的な身長だったからです。
遺伝学者たちは長年、遺伝形質としての身長に魅了されてきました。一方で、背の高い親からは背の高い子どもが、背の低い親からは背の低い子どもが生まれることが多いのは明らかです。しかし他方で、この設計図は100パーセント当てはまるわけではありません。中には両親と身長が大きく異なる子どももいるのです。いったい何が起きているのでしょうか？
1823年、ベルギーの科学者アドルフ・ケトレーは、身長が遺伝するのか、どの程度遺伝するのかという疑問に興味を持ちました。彼は多くの人口の身長を測定し、それがおおよそベル曲線にマッピングできることを発見しました。極端に背が低い人や高い人の割合はごくわずかでした。
その60年後、イギリスでフランシス・ゴルトンが同様の調査を行い、ケトレーのものと驚くほど類似したベル曲線を描きました。数十年隔てた二つの身長調査が、なぜこれほど比較可能な結果をもたらしたのでしょうか？ ゴルトンにとって答えは単純明快で、身長が遺伝するから曲線は一定だというものでした。
実際はもう少し複雑です。遺伝学者たちは身長の86パーセントが遺伝的であると突き止めています。つまり、自分の身長は親から受け継ぐ可能性が極めて高いのです。しかし保証はありません。なぜでしょう？ というのも、目の色のように明確な単一の遺伝子とは異なり、身長はいくつかの異なる遺伝子の相互作用によって決定されるらしいのです。
さらに、幼児期の栄養といった環境要因も最終的な身長に影響を与えうることがわかっています。たとえばフランス軍は、飢饉に見舞われたナポレオン戦争中に生まれた新兵の平均身長が低くなった例を観察しています。事実、1970年代に経済学者ロバート・フォーゲルは、国民の平均身長と経済的幸福度との間に相関関係を見出しました。要するに、国が豊かになるほど国民の身長は高くなるのです。
私たちは常に単一のDNAを受け継ぐとは限らない
1953年、「マック夫人」と呼ばれる女性が献血に訪れました。しかし科学者たちが彼女の血液サンプルを分析すると、驚くべきことがわかりました。マック夫人の血管にはA型とO型の血液が混ざって流れていたのです。血液型はA、B、AB、Oの四つであり、OA型という血液型は遺伝学的にありえないと思われていました。
科学者たちは、マック夫人が輸血ミスの被害者に違いないと結論づけました。ところがマック夫人は輸血を受けたことが一度もありませんでした。
実際彼女は、二つの異なるDNAを持つ人間「ヒトキメラ」の最初の記録例となったのです。
マック夫人以前にも、科学者たちは一部の動物でキメラを観察し、さらには植物や他の生物を交配させてキメラを作り出すことさえありました。ここにきて、人間もキメラになりうることがわかったのです。
ヒトキメラがどのようにして発生するかについては、いくつかの説明があります。キメラは双子の胚が子宮内で融合したり、一方の双子が他方に吸収されたりすることで形成されえます。また、子宮内で死亡した胎児のDNAが母親に吸収され、母親がキメラになることもあります。
マック夫人の血液は医学研究者ロバート・レースとルース・サンガーに送られ、さらなる分析が行われました。彼らもまた途方に暮れましたが、レースがある現象と結びつけました。二卵性の双子の雌牛の中に、自身の血液型とともに双子の血液型も併せ持つものが観察されていたのです。レースとサンガーは、この奇妙な血液型を基に、マック夫人には双子のきょうだいがいると正しく推測し、本人に尋ねたところ、幼児期に亡くなった双子の兄がいたことを確認しました。
ヒトキメラの存在は、DNAは個人に固有で独立したものだという従来の理解を複雑にします。シアトル在住のリディア・フェアチャイルドのケースがこれを物語っています。フェアチャイルドは三人の子どもをもうけた夫と別居し、2002年に養育費の支払いを求めました。裁判所命令によるDNA検査で、父親のDNAは子供たちと一致したものの、フェアチャイルドのDNAは子供たちと一致しませんでした。彼女は代理出産詐欺の一環で子供たちを誘拐したと非難されました。弁護士がキメラ現象を知り、ようやく彼女の嫌疑は晴れました。
遺伝子検査がますます普及し、特に法曹界で用いられるようになるにつれ、血液やDNA検査の結果が必ずしも全体像を示しているとは限らないと認識しなければなりません。マック夫人やリディア・フェアチャイルドのようなケースは、DNAへの理解がまだ表面をなぞり始めたばかりであることを示しています。
単細胞が複雑な生命体を生み出せるのには理由がある
生命はいつ始まるのでしょうか？
科学的に言えば、それは精子によって受精した卵子である、単細胞の「接合子（受精卵）」から始まります。接合子の中では、生物の全DNAを含む分子である二つの別々のDNA染色体が混ざり合い、再構成されます。接合子は成長し、二つに分裂し、四つ、八つと、それぞれがこの新しいDNAを刻み込まれながら分裂していきます。この増殖し続ける細胞の集合体は胚となり、やがて胎児、すなわち新しい人間の生命となります。
私たちの多様な人体が、たった一つの均質な細胞から形成されるなど本当に可能なのでしょうか？
答えは「イエス」であり「ノー」でもあります。
何世紀にもわたり、科学者たちは一つの卵がいかにしてこれほど複雑な体を生み出せるのか不思議に思ってきました。1961年になってようやく、エディンバラ大学の遺伝学者メアリー・ライオンがその謎に対する答えを提唱しました。
ライオンは、X染色体に遺伝子突然変異を持つマウスを研究していました。この突然変異を受け継いだ雌はまだら模様の毛皮を持ちましたが、それ以外は健康でした。一方、それを受け継いだ雄は死にました。ライオンは、雄にはX染色体が一つしかないためだと理論づけました。雌が生き延びたのは、X染色体を二つ受け継ぎ、どちらか一方を機能停止させることができたからです。では、どのようにして？
答えはメチル化と呼ばれるプロセスにあります。私たちのDNA配列上の個々の遺伝子は、細胞が分子の盾でそれらを覆うことで、実質的にスイッチをオフにできることがわかっています。これが、メアリー・ライオンの雌マウスが突然変異したX染色体をオフにできた仕組みです。
また、これは単一の接合子から人間のような複雑なものが生み出せる理由も説明します。たった一つの接合子細胞は、人体を構成する約37兆個の細胞のどれにでもなりうる可能性があり、私たちの全DNA配列は各細胞の核に存在します。しかし、個々の細胞はその配列の特定の部分しか発現させません。メチル化は、他のすべての遺伝子をオフにすることで、細胞の機能を決定する遺伝子を活性化します。
これらの細胞は、多能性、すなわち多数の異なる細胞種に分化できる状態から出発します。しかし、多能性細胞が数回分裂した後、その子孫細胞の機能は固定されます。組織細胞はさらなる組織細胞を生み、胃の内壁細胞はさらなる胃の内壁細胞へと分裂します。接合子が驚くほど複雑な人間を作り出せるのは、細胞の多能性ゆえだけでなく、その機能が固定された後の驚異的な一貫性ゆえでもあるのです。
獲得形質は次世代に遺伝しうる
目の色のように、生まれつきDNAに組み込まれ世代から世代へと受け継がれる形質は「先天的」です。うつ病や心臓病のような他の特性、状態、行動は「後天的」で、人生の過程で獲得されるものです。
しかし、ここからが興味深いところです。科学者たちは、後天的形質も先天的形質と同様に、遺伝子レベルで次世代に引き継がれうることを発見したのです。
2000年代、ワシントン州立大学の生物学者たちは、ビンクロゾリンという殺菌剤のマウスへの影響を研究していました。妊娠中のマウスにビンクロゾリンを投与すると、彼らの雄の子孫は子宮内で薬物にさらされた結果、欠陥のある精子を生産しました。しかし、その雄の子孫が繁殖したとき、科学者たちはまったく予期せぬ事態を観察しました。第三世代の雄マウスもまた、ビンクロゾリンに一度もさらされたことがないにもかかわらず、欠陥のある精子を生産したのです。第四世代も同様でした。
これは何を意味するのでしょうか？ 後天的形質が、先天的形質とまったく同じように遺伝する可能性があるということです。
2013年のエモリー大学の研究でも同様の結果が得られました。この研究では、マウスをアセトフェノン（アーモンド臭のする化学物質）にさらし、その直後に電気ショックを与えました。案の定、これを三日間続けると、マウスはアセトフェノンにさらされただけで、その後に続くショックを予期して立ちすくむようになりました。驚くべきことに、これらのマウスの子孫も、アセトフェノンにさらされた後に一度もショックを受けていないにもかかわらず、アセトフェノンに過敏に反応しました。その次の世代のマウスにも同じことが当てはまりました。
学習された行動でさえも、世代を超えて遺伝的に受け継がれうるように思われます。さらに無数の研究が、幼少時にストレスにさらされたマウスはうつ病や絶望感の症状を経験するだけでなく、これらの症状を子孫に受け継がせうることを示しています。
これは人間にとって何を意味するのでしょうか？ 私たちはDNAに加えて、トラウマ、貧困、ストレス、暴力の後遺症も世代を超えて受け継ぐ可能性があるということです。この発見は、私たちに世代間トラウマを新たな視点で捉えることを迫るかもしれません。
乳製品への嗜好を形作るのは遺伝子突然変異
人類の約三分の二が何らかの乳糖不耐症であることをご存知でしたか？ この広範な不耐症と、残りの約20億人がなぜ嫌な副作用なしにアイスクリームを楽しめるのか、その説明は私たちの遺伝子構成にあります。
人間について奇妙なことがあります。私たちは、母乳から離乳した後も乳製品を消費する唯一の哺乳類だということです。他の哺乳類は離乳後、乳糖を分解する酵素ラクターゼの生産を停止します。ラクターゼがないと、牛乳や乳製品は消化が困難です。
かつては人間も離乳後すぐにラクターゼの生産をやめていたようです。そして実際、乳糖不耐症を経験する三分の二の人は、幼い頃にラクターゼ生産をやめてしまいます。牛乳を副作用なく飲める私たちは、成人してもラクターゼを生産し続けさせる遺伝子変異を受け継いでいます。
この突然変異はゲノム上に見られます。ゲノムは私たちの全DNAで構成されています。完全というのは、コードDNAと非コードDNAから形成されるという意味です。私たちの約2万個の遺伝子はコードDNAであり、その形質が最終的に物理的に発現される遺伝子です。しかし、コードDNAはゲノムのわずか約1.2パーセントを占めるにすぎません。残りは非コードDNAで、これは細胞内でタンパク質の生産を調節したり、特定のDNA鎖をタンパク質で包んでスイッチをオフにしたりといった重要な機能を果たしています。
乳製品を楽しめる人々は、ゲノム内の非コードDNAの一部が進化して、ラクターゼを生産するLCT遺伝子を不活性化させないようになったため、それが可能になっているのです。
この突然変異はなぜ起きたのでしょうか？
このゲノムの発達は、東アフリカや北西ヨーロッパなど、牧畜の強い伝統を持つ地域に祖先を遡れる人々に見られます。ウシの家畜化後のある時期に、私たちのゲノムは変異し始め、乳製品を消費できるようになりました。
そして自然淘汰が働きました。食料が乏しいとき、突然変異遺伝子を持つ人々は乳製品を摂取することで餓死を免れることができたのです。
ですから、もしあなたがチーズやストロベリーアイスクリームを楽しめる幸運な一人なら、あなたのゲノムに感謝しましょう！
最終的なまとめ
この要約の核心メッセージ：
遺伝のプロセスは複雑に入り組み、把握するのが難しいものです。しかし、私たちのゲノムとその多様な働きについて学ぶことで、自分の体がどのように前の世代によって書き記されてきたか、そして私たちの遺伝的刻印がどのようにして後の世代に書き継がれていくかを、より深く理解できるのです。
実践的なアドバイス：
DNA検査キットには注意して取り組みましょう！
自宅でできるDNA検査キットの人気が急上昇しており、家族の歴史を掘り下げる楽しい手段になりえます。しかし、あなたのDNAは複雑なものであり、簡易なキットで全体像がわかるわけではないことを忘れないでください。特に医学的な理由でDNAを詳しく調べたい場合は、専門の遺伝学者に相談するのが最善です。
次に読むべき本：『Inheritance（遺伝）』 著：シャロン・モアレム
この要約で遺伝への興味が深まったなら、あなたの遺伝子という構成要素をさらに詳しく見てみませんか？ 受賞歴のある神経遺伝学者で進化生物学者、『ニューヨーク・タイムズ』ベストセラー作家のシャロン・モアレムが、『Inheritance』でDNAの深層に迫ります。本要約では、最先端の遺伝学研究をわかりやすく解説し、遺伝子がどのように人生を形作るか、また人生がどのように遺伝子を形作りうるのかを理解する手助けをします。
