海は生命の源

 地球は約46億年前に誕生したといわれている。誕生して数億年の地球は岩石の塊で、水のもとになる水素や酸素も岩石の中に閉じ込められていた。

 この岩石が地殻の熱で溶かされ、そこで遊離した水素と酸素が結合して、水ができた。水は水蒸気となって吹き上がり、厚い雲となって地球を包む。そして、地球にはじめて降り注いだ雨は、岩石に閉じ込められていた有機質の元となる炭素、窒素、ケイ素などや、さらには地殻の底に閉じ込められていたナトリウム、マグネシウム、カリウム、鉄、銅、カルシウムなどを溶かし出し、こうして多くの物質を含んだ海が生まれた。

 長い時間をかけて海に集められた様々な物質のなかには、生命をつくるのに欠くことのできない物質がそろっていた。さらに太古の海には潮の干満や、地殻の底からくる熱エネルギー、空中放電の電気エネルギーなど、様々な影響をうけ、生命を誕生させるという奇跡をおこしたと考えられている。



 はじめての生命は、水の中で単細胞の生物として発生した。その後、長い時間をかけて多細胞生物に進化し、その中から脊椎動物が生まれ、さらに陸上へ上がって空気を呼吸する生物が現れた。そして少しずつ、長い進化の道のりを経てようやく人類が誕生したと考えられている。

 しかし、陸に上がった生命は、決して海と無縁になったわけではない。私たちの身体の中にはたくさんの「体液」と呼ばれる水分がある。その体液、血液、そして、女性が胎内で新しい生命を育むための羊水にいたるまで、これらは全て電解質(イオン)を含み、太古の海水に成分が似ていると考えられている。これは、生命が海の中で誕生した名残であり、まさに私たちの身体は、内なる海を持っているといえる。


 海はDNAのスープだった

 海は生命の源であり、現在も豊富な生命にあふれている。研究者の間では、世界中に約2万種類ほどの魚がいるといわれている。また、甲殻類やゴカイの仲間、微小藻類など、浮遊生活する海洋プランクトンが世界中の海に約15万種いることが、調査で明らかになっている。

 それだけではない、生命の元になる、DNAも海の中に豊富に含まれ、海の水をバケツにくみ、その中のDNAを調べるだけで、どんな魚が生息しているか高精度に推定できる技術が今回開発された。

 水の中を漂うDNAは「環境DNA」と呼ばれ、今世紀に入って登場した新しい研究分野。絶滅危惧種や外来種を含む生物分布の把握に飛躍的な発展をもたらすと期待されている。

 開発したのは、神戸大学や京都大学などの共同研究グループ。海水のDNAを解析する新技術を活用してわずか1日の調査で魚種の8割を検出できた...とこのほど発表した。

 この新技術は海水中に含まれる排泄物などのDNAをフィルターでろ過して抽出し、生息する魚種を明らかにする「環境DNA多種同時検出法(メタバーコーディング)」と呼ばれる方法。これまでの海洋魚類生物相調査は魚種を外見によって区別する潜水や捕獲による方法に頼っていたため多くの人手と長い時間が必要な上、魚種を区別する専門知識も求められていた。


 環境DNAメタバーコーディング

 環境DNA多種同時検出法(メタバーコーディング)とは、水に含まれる生物のDNAを解析することで、その水域に生息する生物種を特定するDNA解析法のこと。環境DNAとは水や空気、土壌などのサンプル中に含まれるDNAのことで、水の場合には魚類をはじめとした水生生物の排泄物や粘液、表皮などの細胞が水中に剥がれ落ちたものに由来するDNAが含まれており、それを解析することで生物相を明らかにすることができる。

 今回、神戸大学、京都大学、北海道大学、龍谷大学、千葉県立中央博物館などからなる共同研究グループは日本沿岸のような生物多様性の豊かな海域で、環境DNAメタバーコーディングによって効率よく魚類相を明らかにできることを報告した。調査対象とした京都府北部の日本海に面する舞鶴湾では、2002年から現在まで、2週間に1度のペースで潜水目視調査による魚類生物相データが京都大学の益田准教授によって収集されている。

 目視調査は漁具を用いた調査などと比べると、観察できる魚種が偏りにくく、魚類多様性を観察する方法として優れていると報告されている。本研究グループが環境DNA調査を行った6月を中心として4~8月の目視観察データ、合計140潜水分を集計したところ、この時期に舞鶴湾には80種の魚類が観察されることが分かった。

 一方で、2014年6月18日に採水された計47地点の試料を用いた環境DNAメタバーコーディングの結果、計128種の魚類のDNAが検出され、そこには140回の潜水で観察した80種類の魚類の6割余りも含まれていた。潜水目視調査の結果には14年間でたった数匹程度しか観察されていない稀な種も23種含まれていた。

 年によって舞鶴湾に出現したりしなかったりするこれらの魚種を除くと、環境DNAメタバーコーディングを用いればたった1日で、これまで目視調査で観察された種の実に8割を検出できたことになる。さらに、これまで目視で観察されなかった魚種も20種以上検出することができた。

 これには、調査した6月頃に仔稚魚の状態で湾内に生息している魚種が含まれている。体が小さく、種の区別が困難な仔稚魚類は目視調査でも見落とされやすいと考えられる。また、その他にも河口の付近では淡水魚のDNAを検出でき、漁港の付近ではそこで水揚げされている魚類のDNAも検出できた。このことは本手法の検出力が極めて高いことを示す。

 魚類を網羅的に検出できる潜水目視調査のような方法で、徹底的に魚類生物相を観察したデータは海洋では極めて稀。そのようなデータとの比較により、私達が開発した魚類の環境DNAメタバーコーディング法は、野外においても網羅的な魚類群集の検出を可能にすることが明らかになった。


 魚類調査が、いつでも、どこでも、誰でも

 今回の研究で、日本近海のような魚類の種数が多い海域でも、わずか1日の採水とその後の分析で、14年の長期にわたる目視調査に匹敵する結果が得られることが分かりました。環境DNAメタバーコーディングを用いることで、「水を汲む」という単純作業によって「いつでも」「どこでも」「誰でも」魚類群集調査ができるようになる。

 この方法を使えば、今までの調査法では困難だった「多地点」「高頻度」の魚類群集モニタリングが可能になる。これは、近年日本でも大きな問題になっている外来種の侵入とその分布拡大のモニタリングを可能にする。さらに深海や地底湖、危険な汚染水域や生物の採集が禁止されている保護区など、アクセスの困難な水域でも活用することが期待される。

 一方、現在では全ての魚種についてDNAデータが揃っているわけではないため、DNAを検出しても、そのDNAがどの魚種に由来するのかが分からない場合がある。研究グループでは環境DNAメタバーコーディング解析に必要な魚類のDNAデータベースの充実化によって、より幅広い魚種が検出できるように今も改善を続けていく。


参考 サイエンスポータル: DNA解析法により1日で魚類の8割検出


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