博物館の古くてベトベトした標本は、野生動物の歴史を物語る魅力的なものです。

博物館の古くてベトベトした標本は、野生動物の歴史を物語る魅力的なものです。生物学

著者情報:Erin Hahn氏, オーストラリア連邦科学産業研究機構(CSIRO)博士研究員
気候変動の危機が世界中の何百万もの種を脅かしている今、生物多様性の保全は総力を挙げて取り組まなければなりません。

博物学コレクションは、生物標本で作られた図書館のように、生物多様性の歴史的変遷の記録を保管する場所として、この取り組みに重要な役割を果たしています。

絶滅の危機に対応するために、オーストラリアのコレクションから知識のギャップを埋めるデータを探し出すことが求められています。

しかし、多くの生物種では、歴史的な遺伝子データの復元は、標本の不足ではなく、標本の保存方法によって大きく妨げられています。

そこで、私の新しい研究が登場しました。

この論文では、世界中の自然史コレクションが、乾燥した虹色の蝶の羽や、アルコールに浮かんだカモノハシの手形などの標本から、歴史的な遺伝データを最後の一滴まで絞り出す方法を紹介しています。

ゴシキセイガイインコの乾燥標本

オーストラリア国立野生生物コレクションがパプアニューギニアで収集したゴシキセイガイインコ(Trichoglossus haematodus)のような乾燥標本からは、高品質のDNAが得られることが多い。©Martin Ollman, Author provided

金庫を開ける

50万種以上の固有種を有するオーストラリアは、世界的な生物多様性のホットスポットですが、同時に絶滅数でも世界をリードしています。

生物多様性の損失を食い止めるためには、あらゆる資源を使って地球上のユニークな場所について学ばなければなりません。

鳥類の標本

鳥類の標本の大半は、羽毛を保存するために乾燥した状態で準備されています。©Martin Ollman, Author provided

DNAが発見されるずっと前から、博物館は生物学的な標本を集め、種がどこに生息し、どのように関係しているかを明らかにしてきました。

現在、オーストラリアの博物館の全国的なデータベースとなっている「Atlas of Living Australia」には、約200万点の脊椎動物の標本記録があります。

現代の技術を駆使すれば、過去200~300年の間に収集された標本から遺伝子データを復元することができます。

これらのデータは、現在の環境変化への対応に苦慮している種の保護成果を向上させることができます。

例えば、私は最近、博物館の標本を使って、絶滅危惧種であるソノラプロングホーンの北米における歴史的な自生範囲を明らかにしました。

これにより、プロングホーンを野生に戻すことができました。

プロングホーン

ソノラのプロングホーンの古い標本のおかげで、この絶滅危惧種を野生に戻す試みができるようになりました。

生物多様性のタイムカプセル

自然史博物館に行くと、展示されているほとんどの標本は、外観を美しく保つために乾燥されています。

植物や昆虫は乾燥させた後にプレスやピンで留め、鳥類や哺乳類は剥製にして乾燥させます。

研究を目的としたコレクションでは、一般公開のために標本を準備したり、ポーズをとったりすることはありません。

また、乾燥では十分な保存ができない場合、大量の濁った瓶に入った標本が裏で保管されていることもあります。

これは「液体固定」と呼ばれるもので、魚類、両生類、爬虫類などの保存にホルムアルデヒドなどの薬品を使用します。

鳥類や哺乳類でも、内臓を保存したい場合には使用します。

オーストラリアナショナルフィッシュコレクションでは、魚の標本をホルムアルデヒドで保存しています。

オーストラリアナショナルフィッシュコレクションでは、魚の標本をホルムアルデヒドで保存しています。©CSIRO, Author provided

全国のデータベースに登録されている200万点の標本のうち、3分の1近くが液体で保存されています。

これらの標本にはそれぞれ、その種が環境の変化にどのように対処してきたか(あるいは対処できなかったか)についての物語があります。

世界中のコレクションに保管されている乾燥標本と液体保存標本を合わせると、環境変化の激しい時代における生物多様性の変化を示す、かけがえのない記録となります。

ホルムアルデヒドの問題点

乾燥や液体(ホルムアルデヒドなど)による保存は、どちらも生体組織の保存に役立ちますが、どちらの方法も現代のゲノム解析を念頭に置いて開発されたものではありません。

しかし、乾燥にはDNAの劣化を遅らせる効果があり、ここ数十年で歴史的な遺伝子データの宝庫が乾燥標本から回収されています。

博物館の標本と一緒に保存されている膨大なメタデータ

博物館の標本と一緒に保存されている膨大なメタデータが、歴史的な生態系を物語っています。©Martin Ollman, Author provided

最近の例では、卵の殻のDNAを使って絶滅したパラダイスオウムの謎を解明したり、乾燥させた組織のDNAを使ってヨーロッパの植民地化後にオーストラリア固有のげっ歯類が急速に絶滅したことを調べたりしています。

一方、ホルムアルデヒドは、組織内の分子を架橋することで腐敗を食い止め、組織を保存します。

しかし、この架橋のために、DNAの抽出は、セメントの塊から繊細な糸を切り出すような作業になってしまうのです。

ホルムアルデヒドは、将来の研究のために組織を保存するために博物館で広く使用されている。

ホルムアルデヒドは、将来の研究のために組織を保存するために博物館で広く使用されている。©Martin Ollman, Author provided

しかし、ここ数十年の間に、博物館は新たに収集した標本から新鮮な組織を採取し、DNA抽出のために特別に保存するようになりました。

これは、保存方法の大きな転換点となります。

古い乾燥組織やエタノールで保存された組織からDNAを抽出する技術の進歩と相まって、博物館の遺伝学という全く新しい分野が誕生しました。

一方、ホルムアルデヒドで保存された標本からDNAを抽出することは、ほとんどの場合、「難しい」というバケツの中に入れられていました。

そのため、ほとんどの魚類、両生類、爬虫類の古い歴史的なDNAを入手することができないという問題がありました。

研究の進展により、科学者たちは、トカゲ、ヘビ、サンショウウオ、魚など、ホルマリンで固定された博物館の一握りの標本について、歴史の中で失われていたであろうDNAの配列を成功させる方法を見つけることができました。

液体保存されたツリースキンク

1960年代に採取された液体保存されたツリースキンク(Egernia striolata)です。

しかし、より大きな規模で収集するためには、地域住民の信頼という重要なハードルが残っています。

学芸員の信頼を高める

これまで、ホルムアルデヒドで保存された標本から利用可能な遺伝子情報を得るには、「当たり」か「ハズレ」のどちらかが大きく、「ハズレ」の方が多いと言われてきました。

DNAシークエンスのコストが下がっているにもかかわらず、多くの科学者は限られた研究予算をリスクのある標本の追求に費やすことに抵抗を感じています。

DNAの抽出には、肝臓や筋肉の組織を小さく切り取るなど、少なくとも標本の一部を破壊する必要があります。

そのため、博物館の学芸員は、期待される成功率が低い研究のために貴重な組織を提供することを躊躇します。

今回の研究では、このリスクを最小限に抑える方法を模索しました。

その結果、保存されている動物の腸を簡単に検査し、瓶の中のホルムアルデヒドを測定することで、研究者や学芸員が、ゲノムデータを復元するために損傷を与える価値のある貴重な標本を見分けることができることがわかりました。

この研究の手法は、1977年に採取された液体保存されたモロクトカゲ(Moloch horridus)のような標本を損傷することなく、シーケンスの成功を予測するために使用することができます。

この研究の手法は、1977年に採取された液体保存されたモロクトカゲ(Moloch horridus)のような標本を損傷することなく、シーケンスの成功を予測するために使用することができます。©Martin Ollman, Author provided

モロクトカゲのアップ

モロクトカゲのアップ©Martin Ollman, Author provided

また、ホルムアルデヒドで固定された標本でも、エタノールで保存された標本でも、驚くほどよく機能する単一のDNA抽出法を紹介します。

これは、標本の保存歴、特に古い標本の保存歴が不明な場合に有効です。

オーストラリア国立野生生物コレクションの液体標本は、現在すべてエタノールで保存されていますが、他のコレクションと同様、記録にはホルムアルデヒドに接触したかどうかが記載されていないのが一般的です。

検体ごとの分析方法を減らすことで、私たちは質の高い歴史的データをより迅速に収集することができます。

例え、長い間無視されていた瓶の中のベトベトの標本であってもです。The Conversation

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.
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