国際的な科学者チームが、少なくとも100万年前、あるいはそれ以上前のマンモスの歯のDNA配列を解析しました。本日Nature誌に掲載されたこの研究は、マンモスの進化史に関する刺激的な新たな知見を提供するだけでなく、古代マンモスの全く知られていない系統を明らかにしています。
ケナガマンモス（Mammuthus primigenius）は、一般の想像ではT・レックスに匹敵するかもしれませんが、実際には進化を遂げた最後のマンモス種の一つであり、長鼻目（Proboscidea）に属する、時に奇妙な姿をした様々な大型の牙を持つ動物種の一つに過ぎません。マンモスは約500万年前にアフリカで誕生し、その個体群は現在のユーラシア大陸へと北上し、最終的に北米へと移動したと考えられています。これらの古代の長鼻類の祖先については、まだ多くのことが分かっていないため、この新たな研究は極めて重要です。例えば、ケナガマンモスは高緯度北極圏での生活に適応していたことが分かっています。寒さに耐え、利用可能な植物で生き延び、その名の由来となった太くて絡み合った体毛を生やしていました。しかし、これらの適応はいつ現れたのでしょうか？そして、ケナガマンモスより前に生息していたマンモスの種はどうだったのでしょうか？
100万年は途方もない時間であり、遺伝物質が生き残るには長すぎると、かつて一部の科学者は考えていました。1970年代にシベリアで発見された3本のマンモスの歯から採取されたDNAは、地球の別の時代を垣間見るための、かつてないほどの窓を開きました。3本のマンモスの臼歯は、発掘された川や付近の場所にちなんで、クレストフカ、アディチャ、チュコチャと名付けられました。研究チームは、化石が発見された堆積層の地質年代測定、歯の形態学的（あるいは構造的）特性、そして遺伝子年代測定という複数の証拠を用いて、これらの化石の年代を推定しました。
チュコチャはこの標本の中で最も新しいマンモスに属し、50万年から80万年前に生息していた。この年代では、チュコチャはケナガマンモス種の初期形態にあたる。
アディチャは約100万年から120万年前に生息していたマンモスに属していました。チュコチャよりもかなり古いこのマンモスは、約20万年前に絶滅するまでユーラシア大陸全域に生息していたステップマンモス（Mammuthus trogontherii）に類似しています。ステップマンモスは後期にはケナガマンモスと共存していましたが、本研究以前は、ステップマンモスはケナガマンモスよりも温暖な気候に生息し、毛がかなり少ないと考えられていました。しかし、現在ではそうではないようです。
3つの中で最も古い臼歯であるクレストフカは、約110万年から120万年前のものです。そして、研究チームがその独特な進化系統について発見したことは、おそらく最も刺激的な発見でした。
この研究のために採取された化石は、これまで記録されている最古のDNA（56万年前から78万年前の馬のDNA）よりも古いため、DNAが採取できたこと自体が驚きだったと、研究共著者でカリフォルニア大学サンタクルーズ校教授、ハワード・ヒューズ医学研究所研究員のベス・シャピロ氏は述べている。彼女と共著者たちは、この成功は化石が永久凍土中に保存されていたためだと考えている。
「土（と骨）が解けると、水の膨張と収縮によってDNAが分解されてしまうため、DNAにとって悪影響があります」とシャピロ氏はギズモードへのメールで説明した。「非常に古い骨のほとんどには回収可能なDNAが残っていないのはこのためです。あまりにも劣化が進んでいるのです。」
研究チームは、遺伝子の全体像の断片的な情報のみを用いて、マンモスの寒冷適応の多くは、ケナガマンモスが独自の種として出現する以前から進化していたことを発見しました。これまで考えられていたように、ケナガマンモスはこれらの適応を時間をかけて進化させたのではなく、既に持っていたのです。これらの適応は、マンモスの祖先の一つであり、ユーラシア大陸全域に生息していたステップマンモス（Mammuthus trogontherrii）において進化したと考えられます。
「今回明らかになったのは、アディチャマンモスはケナガマンモスが持っていた北極への適応のほぼ全てを備えていたと思われるということです。脂肪の蓄積、体温調節、温熱感覚、概日リズムに関連する遺伝子を持っていました」と、スウェーデン自然史博物館進化遺伝学教授で、古遺伝学センター研究リーダー、そして本研究の共著者でもあるラブ・ダレン氏は、ギズモードとのビデオ通話で述べた。「つまり、これは2つのことを意味します。まず、ステップマンモスの外見を再考する必要があるということです。彼らはおそらく、はるかに寒さに適応し、毛に覆われていたでしょう。しかし、ケナガマンモスの起源は、この急速な進化の爆発とは関係がないことも意味します。私たちが見ている限り、変化したのは歯なのです！」
マンモスなどの長鼻類の歯は、骨格の識別において最も信頼できる指標であり、化石化を生き延びた唯一の遺物となることも少なくありません。だからこそ、ロンドン自然史博物館の古生物学者で研究共著者のエイドリアン・リスター氏は、研究チームがこの3本の臼歯を用いることを強く主張したのです。
これらの歯は、1970年代に故ロシア人科学者アンドレイ・シェールによって発見されました。シェールとリスターは長年にわたる友情と科学的協力関係の中で、これらの臼歯を、シェールがロシアで収集した無数の他の歯や、ヨーロッパや北米各地のコレクションに収蔵されている歯と共に研究しました。しかし、このような標本のDNAを研究できる技術が利用可能になったのは、ここ10年ほど前のことでした。科学者たちが実際に臼歯に穴を開け、DNAを抽出し、それを「ライブラリー」に変換し、分析のために配列決定したのは、今回の研究が開始されてからのことでした。
https://gizmodo.com/one-of-the-last-mammoths-on-earth-was-so-inbred-it-los-1841518765
「20年前まで遡れば、科学者たちは数千、数万ものリードを配列解析することができました」と、バイオインフォマティクスの専門家で、この論文の筆頭著者3名のうちの1人であるトム・ファン・デル・ヴァルク氏はビデオインタビューで述べた。「10年前には、リード数は数百万にまで増加しました。このプロジェクトでは、文字通り何十億ものリードを生成し、可能な限り多くのDNA情報を抽出しました。」
シャピロ氏によると、「リード」とは「骨から単離された30～60塩基対のDNA断片」のことです。つまり、DNA断片1つを本1冊に例えると、各リードはその本の中の単語1つに相当します。
遺伝子技術の急速な進歩により、遺伝学のキャリアをスタートしてまだ20年も経っていないダレンは、DNA配列解析に関して、現在彼の研究室で働いている若い世代とはまったく異なる経験をしてきた。
「15年前にマンモスの研究を始めた頃は、ミトコンドリアDNAの数百塩基対の配列を解析していて、とても誇りに思っていました」とダレン氏は語った。「今ではゲノム全体を解析しています。これは大きな違いです。」
ダレンは2015年にケナガマンモスの全ゲノムを解読したチームの一員で、当初は小さなミトコンドリア配列を見て、どれがマンモスのものかを見分けることができた。「当時の配列は数百塩基対しかありませんでした。まるで友達のように、誰だかすぐに分かりました。今では、それは不可能です。ゲノムは30億塩基対をはるかに超えているのですから！」と彼は語る。
進化生物学者でもう一人の筆頭著者であるデイビッド・ディエス＝デル＝モリノ氏は、DNAの配列をコンピューターに取り込む際に、自身をはじめとする科学者たちがどのような作業を行っているのかを説明しようとした。映画『ジュラシック・パーク』の愛らしいアニメーションをすぐに思い浮かべるかもしれないが、実際には、ゲノムを構成する数十億文字もの文字からなるデータを完全に理解することはほぼ不可能だ。（この研究が恐竜、あるいはマンモスの復活に近づくのではないかと疑問に思っている人もいるかもしれないが、そうではない。）
ファン・デル・ヴァルク氏はこう説明した。「データを取り戻した時、データの一部を切り取って画面で開き、DNAコードを見ることができました。しかし、そこに書かれている内容を文字通り読める人間は地球上に存在しません。」
「データ生成とDNA技術は急速に進化しており、今やコンピューターが限界に達しています」とファン・デル・ヴァルク氏は述べた。「ある意味では、データ生成よりも、データストレージと計算速度の方が大きな制約となっているのです。」
ファン・デル・ヴァルク氏とディーズ＝デル＝モリノ氏はデータ解析に取り組みましたが、まずは配列を決定し、マンモスゲノムとの関係をマッピングする必要がありました。この作業は、進化生物学者でもう一人の筆頭著者であるパトリシア・ペチネロヴァ氏によって行われました。しかし、この研究さえも、この分野の専門家でない人にとっては完全に理解するのは困難です。彼らが回収したのは完全なDNA鎖ではなく、断片的なものだったことを忘れてはなりません。
ペチネロヴァ氏は、1平方メートルのジグソーパズルを例に挙げた。1,000ピースで構成されるこのパズルは、10,000個の小さなピースで構成されるパズルよりもはるかに簡単に組み立てられるだろう。「特に」と彼女は言った。「箱の蓋がマンモスではなくゾウだと想像してみてください。なぜなら、私たちはゾウの参照ゲノムを使用しているからです。」さらに、パズルのピースが複数の場所に簡単に収まることも想像してみてください。
彼らが持っていたDNAが本当に本物であることを確認し、そしてそれらの遺伝子断片の意味を解明するのは、段階的なプロセスでした。9カ国から集まったチームが様々な手法を用いて、データが何を物語っているのか、特にクレストフカと北米コロンビアマンモス（Mammuthus columbi）との関係をめぐる不可解なデータを収集し、完全に理解する必要がありました。ある夜遅く、ファン・デル・ヴァルクとダレンがホワイトボードの前にいた時、ついにすべてが明らかになりました。ダレンは「これはハイブリッドだ！ なんてことだ、これはハイブリッドだ！」と叫んだことを覚えています。
だからこそ、クレストフカ号をめぐっては大きな混乱が生じたのです。彼らが研究していたのは、全く未知のマンモスの系統であり、シベリアで中期更新世にケナガマンモスと共存していました。現在まで、この種のマンモスについてより詳細な情報を提供する化石は他に見つかっていません。さらに、クレストフカ号が代表する系統はケナガマンモスと交配し、コロンビアマンモスの出現につながったようです。つまり、彼らはシベリアから北米へと移動し、後に巨大なコロンビアマンモスとして知られるようになったマンモスの雑種の祖先を発見したのです。リスター氏によると、これは重要な発見です。科学者たちは哺乳類の雑種形成について理解し始めたばかりなのです。
この研究には関わっていないワーゲニンゲン大学の保全ゲノミクス研究者、ミルテ・ボッセ氏は電子メールで次のように述べた。「遺伝的に大きく異なる系統間の交配はこれまで考えられていたほど珍しいことではなく、気候変動によって近年に起こっているだけでなく、はるか昔に、直接的な人間の影響がなかった時代にも起こっていた現象であることを示す重要な発見だと思います。」
ロッテルダム自然史博物館の研究員で、今回の研究チームには参加していないものの、半世紀にわたりマンモスの研究に携わってきたディック・モル氏にとって、今回の研究は「画期的な出来事」だ。彼はマンモスの歴史は「当初考えられていたよりも複雑であるようだ」と述べた。
https://gizmodo.com/a-human-toddler-and-a-mammoth-crossed-paths-in-ancient-1845463474
キャリアのほぼ全てをマンモスの研究に費やしてきたリスター氏は、DNA研究に熱心に取り組んでいる。彼とシャー氏は、2008年にシャー氏が亡くなるまで、数十年にわたりロシア、ヨーロッパの他の地域、そして北米で発見されたマンモスの歯を手作業で計測・観察してきた。マンモスの歯の形態には、たとえ広範囲に及ぶものであっても、進化による変化が見られる。
「私にとって、これは最も興味深いことです」とリスター氏は遺伝子研究について語った。「なぜなら、生きた動物について、より深く知ることができるからです。古生物学者として――科学の世界では『絶対に』という言葉は言いたくありませんが、あえて言います――骨からそれを知ることは決してできなかったでしょう。こういうことは素晴らしいことです。」
ベルギー王立自然科学研究所の古生物学者、ミエト・ジェルモンプレ氏は、今回の研究には関わっていないが、研究チームがこれほど古いDNAを発見できたことに驚きを隠せない様子だ。「これは、シベリア極北地域でほぼ一貫して続いていた寒冷な気候のおかげです」と、彼女はメールで述べている。「これは、この地域でその時代に生息していた他の種の化石のDNAも将来的に研究され、良い結果が得られる可能性があることを意味します。」
実際、研究チームは、自分たちの成功がきっかけで他の科学者たちが他の化石から同様に古い DNA を探し始めるきっかけになることを期待している。
「約100万年前のこの時代については、まだ分かっていないことがたくさんあると思います」とダレン氏は語った。「マンモスに限らず、当時の哺乳類の進化全体は、古生物学だけに基づいているため、おそらく非常に不完全だと思います。もちろん、他の種についても調べ始めることになるでしょうが、きっと同じような驚きが見つかるでしょう。」
シャピロ氏も同意見だ。「過去は、その性質上、現在とは異なり、だからこそ発見の時が来ているのです」と彼女は述べた。「技術が進歩し、より古い、あるいは保存状態の悪い化石から、DNAやタンパク質、その他の保存された生体分子といった進化に関する情報にアクセスできるようになるにつれ、種、個体群、そして生態系がどのように進化してきたかについて、より多くのことが分かるようになるでしょう。そして、私たちはこれからも発見に驚かされ続けるに違いありません」。ペチネロヴァ氏が投げかける問いは、「私たちはどこまで探求できるのか？」だ。
Jeanne Timmons (@mostlymammoths) はニューハンプシャー州を拠点とするフリーランス ライターであり、mostlymammoths.wordpress.com で古生物学と考古学に関するブログを執筆しています。
