DNAが遺伝情報をコードしているという発見以来、生命の進化に関する研究は、その遺伝的起源に焦点を当ててきました。この「遺伝子第一」の考え方に沿って、オックスフォード大学の進化生物学者リチャード・ドーキンスは著書『 利己的な遺伝子 』で、細胞や生物は、遺伝子をますます効率よく保護し伝達するための入れ物として進化したにすぎないと論じています。
しかし、この遺伝子第一の見方は多くのことを見落としています。遺伝子を含む染色体のほかに、すべての細胞に共通する細胞小器官、つまり内部構造が3つあります。細胞の働きを担うタンパク質へ遺伝情報を翻訳する装置を含むリボソーム、物質の出入りを選択的に許す細胞膜、そして生命の化学反応を駆動するイオンを貯蔵し調節する酸性カルシウム小胞です。
私たちは「利己的な遺伝子」という概念に異議を唱え、細胞成分のうち「利己的」なものがあるとすれば、それはリボソームであるはずだと提案します。私たちの主張では、細胞もDNA自体も、リボソームの機能を最適化するために進化しました。この考えは、細胞生命の進化とリボソーム自体について私たちが知っていると思っていることを、すべて覆します。
DNAは何を望んでいるのか？
この考えに至ったのは、父と娘の共同作業がきっかけでした。メリディスがロバートの1989年の著書『 Discovering』を読み返していたときのことです。半分ほど読み進めたところで、メリディスは顔を上げ、こう尋ねました。「DNAは何を望んでいるの？」
分子を擬人化するのは奇妙に聞こえるかもしれませんが、実はこれはロバートの著書で提案されている発見のための戦略です。さらに、科学者は利己的遺伝子説を、科学的な略式表現で「DNAは自分自身を複製したがっている」と表すことがよくあります。
化学者は、分子を擬人化するときに別の比喩を使います。分子は「最もエネルギーの低い配座になりたがる」と言うのです。つまり人と同じように、エネルギーを持つ分子はさまざまな位置を移動しますが、必ず安定した位置に戻るということです。
DNAの安定した状態は、遺伝子にアクセスできないほど強く折りたたまれた状態です。DNAは安定性が非常に高く、遺伝子を1万年以上保護できるため、科学者は 凍結マンモスからDNAを回収できます。これは遺伝子を広めようとする分子ではなく、結び目のように折りたたまれたままでいることで遺伝子を保存しようとする分子なのです。
私たちは、遺伝子を複製し、機能する細胞を構成するタンパク質へと変換しようとする細胞構造はリボソームだと考えました。リボソームの安定状態は、「DNAをタンパク質に翻訳する準備ができている」です。リボソームは遺伝子を機能する分子に変換したがっているのです。
リボソームは何を望んでいるのか？
そこで、「利己的な遺伝子」説との類推から、大きな疑問が浮かびました。リボソームは自分自身の複製を「望んでいる」のでしょうか。もしリボソームが自らの複製を望んでいるなら、そのための手段を備えているはずです。
リボソームが自らを複製するために何が必要かを理解するには、リボソームの構造と機能について少し知っておく必要があります。リボソームはタンパク質とRNAで構成されます。RNAは構造的にDNAに似ており、明確に異なる3つの形態があります。その一つがリボソームRNA（rRNA）で、タンパク質が配置されて機能するリボソームの「装置」を形成するための構造的な足場になります。この「装置」は、残る2種類のRNAを使ってタンパク質を作ります。メッセンジャーRNA（mRNA）はDNAから遺伝情報を書き写し、リボソームへ運びます。トランスファーRNA（tRNA）はmRNAのメッセージをアミノ酸へと翻訳し、アミノ酸はリボソーム上でつなぎ合わされてタンパク質になります。
リボソームが自らの複製を「望んでいる」なら、リボソーム装置の中核構造を形成するrRNAは機能を持っていなければなりません。そのためには、rRNAに3つのものが含まれている必要があります。第一に、機能する「装置」を形成できるよう、自身のリボソームタンパク質をコードする「遺伝子」が含まれていなければなりません。第二に、自身の遺伝情報を「装置」へ運ぶのに必要なmRNAが含まれていなければなりません。最後に、mRNAをタンパク質へ翻訳するために必要なtRNAをコードしていなければなりません。
最近、私たちは Journal of Theoretical Biologyに掲載された論文で、rRNAには、自身のタンパク質構造と機能をコードするmRNA、tRNA、「遺伝子」の痕跡が含まれていることを示しました。教科書で説明されるような、遺伝子を受動的に翻訳するだけの存在ではありません。私たちは、リボソームこそが、単純な生命誕生以前の分子と、地球上で最初の生命体と考えられている単細胞生物LUCA（Last Universal Common Ancestor、最終普遍共通祖先）をつなぐ、欠けていた環だと考えています。
DNAは、もともとrRNAにコードされていた情報を保存し保護するために進化しました。細胞や生物はリボソームの複製を最適化するよう進化しており、リボソームはあらゆる種でほとんど同じです。利己的なリボソームという考え方は、ほかの生き物との親近感に新たな見方をもたらすかもしれません。私たちは皆、リボソームにとって異なる種類の住処にすぎないのです。
この記事は、 The Conversationとの協力により公開されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：ロバート・ルート＝バーンスタイン（博士、プリンストン大学）はミシガン州立大学の生理学教授です。メリディス・ルート＝バーンスタインはオーフス大学生物科学部の博士研究員です。
画像：米国国立ヒトゲノム研究所が2012年5月15日にロイターに提供した、日付不詳のアーティストによるDNA二重らせんのイラスト。REUTERS。