遺伝子の重複が98%を超えるにもかかわらず、脳の体積は3倍も違う
動物園へ行くか、スマートフォンのショート動画を見る中で、多くの人がチンパンジーを見たことがあるでしょう。彼らはバナナを器用に剥いたり、2本の指でボトルの蓋を開けたりすることができます。その動きや表情はヒトと非常に似ています。
しかし、頭蓋の内部に入って観察すると、その差は明確に現れます。成体のチンパンジーの脳の重さは約400グラムで、大きさはグレープフルーツに似ています。ヒトの脳の平均重さは1400グラムに達し、これは2本半のミネラルウォーターの重さに相当します。両者の脳の体積は3倍も異なり、ニューロン間の結合の複雑さの差はさらに大きいのです。
生命科学の常識は大きな謎を投げかけています。ヒトとチンパンジーのタンパク質をコードする遺伝子（身体の基本的な材料を作る設計図）の類似度は98%を超えます。道を歩く2人のヒトの遺伝子の差は通常1000分の1に過ぎません。チンパンジーとヒトが隣に座っていても、基本的な身体部品の設計図はほとんど同じです。
身体を構成する材料に違いはありません。レンガや砂利が同じなのに、建物の高さが違うのは設計図がいつから使われたかによるのです。重要な分水嶺は遺伝子の制御スイッチに隠されています。
図：ヒトの遺伝子と非常に類似したチンパンジー。出典：Lund University / iStock
培養皿でミニ脳を作り出し、チンパンジーの沈黙遺伝子を特定
ヒトとチンパンジーの脳がどのように分化したかを理解するには、生命の起源に戻る必要があります。霊長類の胚の発生を直接観察するには、倫理的な赤線があり、技術的にも困難です。研究チームは他の道を探る必要がありました。
スウェーデンのルンド大学（Lund University）のJohan Jakobssonチームは突破口を見つけました。博士研究員のPatricia Gerdesが2年間かけて安定したチンパンジー細胞の培養法を確立しました。研究者たちは誘導多能性幹細胞（Induced pluripotent stem cells、体外で再プログラミングされ、どんな組織にも分化できる種細胞）を抽出し、それらを培養皿でそれぞれ発達させました。
細胞は徐々に脳のオルガノイド（Brain organoid、培養皿で育てられるミニ脳組織、初期の脳発生をシミュレートするためのもの）へと成長しました。これらのミニ脳は数ミリメートルしかありませんでした。それらは胎児の脳が最初の3ヶ月間成長するリズムを正確に再現しました。研究チームは2つの組織の遺伝子活性を比較し、すぐに核心的なターゲットを特定しました。
彼らはLINC00662遺伝子を特定しました。これは長鎖非コードRNA遺伝子（Long non-coding RNA 00662、タンパク質を合成せず、他の神経遺伝子を制御する専門のスイッチ）です。ヒトのミニ脳では、このスイッチは全力で稼働しています。チンパンジーのミニ脳組織では、それが始終沈黙したままで、いかなる信号も発生しませんでした。
図：実験で培養されたチンパンジーの誘導多能性幹細胞。出典：The Transmitter
分子のメスでウイルスを切り取り、眠っていた遺伝子を再稼働
なぜチンパンジー体内の重要なスイッチが詰まってしまったのでしょうか。研究チームは高精度長読み配列決定技術を使用して調査しました。鍵穴の異物が正体を現しました。チンパンジーのLINC00662遺伝子のそばには、古代ウイルスDNAの断片、PTERV1と名付けられたものが埋め込まれていました。この外来の残骸は錆びた鉄の楔のようにスイッチにしっかりと挟まり、その後の神経指令を遮断しました。ヒトの対応する遺伝子配列の周りは清潔で、ウイルスの痕跡は一切見つかりませんでした。
因果関係を検証するために、チームは分子のメスを使用しました。彼らはCRISPR遺伝子編集（CRISPR gene editing、特定のDNA断片を正確に位置決定して切断できる分子ツール）を使用して、チンパンジー幹細胞からウイルス断片を完全に除去しました。その後、チームはミニ脳を再び培養しました。
ウイルス断片を切除した後、数百万年間眠っていたLINC00662遺伝子がチンパンジーの組織で目覚め、再び正常に発現しました。 逆の検証も同様に明確でした。研究者がヒトのオルガノイドからLINC00662を切断すると、ニューロンの軸索（Axon、神経細胞が伸びて信号を伝える細長いケーブル）の成長が阻害され、ネットワーク接合が大幅に縮小しました。
図：チンパンジーの神経オルガノイドの顕微鏡画像。出典：The Transmitter / Patricia Gerdes
500万年前のウイルス侵入でチンパンジーに158個のコピーが残る
この脳の進化方向を変えたウイルス断片はどこから来たのでしょうか。地質学と進化分子学の証拠によると、PTERV1は古代のレトロウイルスに属しています。500万から700万年前、このウイルスはアフリカの森林に広がっていました。ちょうどヒト属とチンパンジーの祖先が分かれ道に立っていた時期です。
チンパンジーの祖先のグループがこの病原体に感染しました。ウイルスは防線を破り生殖細胞に浸透し、宿主の遺伝子プールで増幅しました。それはチンパンジーのゲノムに約158個の遺伝子コピーを残しました。これらの外来の挿入物は世代を超えて受け継がれ、今日まで残っています。
初期のヒトの祖先は、開けた場所に住んでいたのかもしれず、ウイルスを避けたのかもしれません。あるいはヒトの祖先はより強い免疫防线を持ち、病原体を体外で阻止したのかもしれません。ヒトの家族はこの古代感染から逃れ、遺伝子スイッチは清潔さを保ちました。
発達のタイムラインは両者の運命の分岐を拡大しました。ヒトの胚の発生データによると、LINC00662の活性は受胎後10〜12週間にピークに達します。この時点で胎児はちょうど3ヶ月で、脳は神経回路の敷設を急いでいます。チンパンジーの発達スイッチはこの時点でウイルスによって封じられ、早くもペースを落としてしまいました。
ゲノムの8%がウイルスの痕跡で、チンパンジーの脳発達を封じた
一般人はウイルスが咳、鼻水、発熱だけを引き起こすと考えがちです。長い生命の進化史の中で、古代感染が残した痕跡は一時的な病気よりもはるかに深刻です。宿主体内で眠り続けるこうしたウイルス断片は、内因性レトロウイルス（Endogenous Retrovirus、古代ウイルスが生殖細胞に感染して宿主のDNAに書き込まれた遺伝子の化石）と呼ばれます。これらはヒトとチンパンジーのゲノムの8%以上を占めています。
8%という比率は非常に驚きです。骨や筋肉を作るすべてのコーディング遺伝子を合わせても、全ゲノムのわずか1.5%程度に過ぎません。遺伝情報の暗号を一冊の大きな本に例えると、その12分の1が古代ウイルスが残した断章です。
遺伝子プールに完全なゴミはありません。古代ウイルス断片は進化の中で奇妙な役割を果たすことがよくあります。哺乳類が子孫を繁殖させるために不可欠な胎盤組織は、古代ウイルスの要素を借用しています。オックスフォード・ブルックス大学の進化遺伝学者Ravinder Kandaは、この研究がウイルスの残存物が神経発達の分化に与える作用を確実に証明したと考えています。しかし同時に、人類が現在見ているのは氷山の一角に過ぎないと警告しています。
ヒトは常に自分自身の知性を何らかの独自性に帰結させる傾向があります。ルンド大学の研究は進化の偶然を明らかにしています：ヒトとチンパンジーが全く異なる脳の軌道を歩んだのは、数百万年前の古代ウイルス感染がチンパンジーの遺伝子スイッチを書き換え、近縁種の脳容量の増加の道を数百万年間封じたためです。
参考リンク：
- Science Advances 論文
- Science News 報道
- ルンド大学研究ニュース
