毒の進化は、多様な生物を変貌させ、その力を高めてきた。いま私たちに求められているのは、毒の力を活用して科学、技術、工学、教育を前進させ、人々の暮らしを変えるため、世界規模の取り組みを結集することだ。
わかっていること
有毒動物は、謎と危険をもたらす存在と見なされている。しかし、動物毒は世界的な課題の解決に活用できる、強力な生化学的資源だ。その課題には、生物多様性の起源の特定から、人間の心の解明、新たな鎮痛治療薬の開発までが含まれる。
毒の力は、主に三つの特徴に由来する。第一に、毒は分泌物が複雑に混ざり合ったものであり、新たな生化学物質の供給源となる。第二に、こうした生化学物質は複雑でありながら、その構造や生理学的標的が動物界全体で保存されている。毒の成分は合成・改変し、人間の神経系を研究するためのプローブとして利用できる。第三に、数百万年にわたる生化学的進化によって、毒は動物の系統樹のあらゆる枝に見られる、きわめて成功した革新へと形づくられてきた。
毒はあらゆる生態系に存在する。巨大なムカデやサソリが昆虫を狩る砂漠、巻き貝が魚に銛を打つ海、ミツバチやスズメバチが捕食性の鳥を避ける空、そして動くものなら何でもヘビが狩る森だ。動物にとって毒は、物理的な戦いを生化学的な軍拡競争へと変え、ダビデがゴリアテを打ち負かすことを可能にする。人間にとって毒は、命を奪うことも癒やすこともある。この逆説にこそ、毒の力と課題がある。毒は恐怖の源から、希望、革新、繁栄の源へと姿を変えている。
毒学研究の問い
毒を学際的なアプローチとして用い、生物多様性、神経生物学、遺伝学、進化に関する重要な問いに取り組むことで、基礎科学、技術、医学を前進させることができる。たとえば、毒は世界的な生物多様性のパターンにどのような影響を与えてきたのか。毒の成分は、人間の痛みの経路をどのように活性化または不活性化し、痛みを引き起こしたり抑えたりするのか。
どのような条件で毒は進化するのか。また、毒の進化の背景には、共通する生態学的要因や状況要因があるのか。毒の進化は、微生物、宿主と寄生生物、植物と草食動物、植物と送粉者の関係など、ほかの軍拡競争について提唱されたモデルに従うのか。毒や、有毒動物とその相手との相互作用は、どのように種分化と多様化を促してきたのか。
感覚組織や神経筋組織にあるイオンチャネルや受容体など、特定の分子標的を調節する毒成分を予測できる、表現型と遺伝子型の対応パターンを特定できるだろうか。毒のゲノムは、細胞機能を解読する鍵なのか。計算毒性学から何を学べば、個別化医療を前進させられるのか。
毒に関するこれらの重要な研究課題では、細胞シグナル伝達の仕組みやタンパク質の相互作用を理解するため、既存のモデルと新たに考案するモデルに焦点を当てる。これらの問いを解決するには、世界各地の多様な科学者の専門知識を結集した、統合的で応用を重視するアプローチが必要だ。計算、分子、機能面の障壁を乗り越え、毒がもたらす変革の力を実現するためである。
科学的発見と期待される成果
2018年のノーベル化学賞は、酵素の指向性進化に関する画期的な研究により、フランシス・アーノルドに授与された。毒という革新を通じて、自然は指向性進化を実現してきた。探究を待つ科学的発見は無数にある。生体分子を兵器として利用することは、動物にとって最も古く、広く見られる戦略の一つであると同時に、最も変化しやすい戦略の一つでもある。毒を産生する動物の生物多様性は約15％にのぼり、その中でこの戦略は何度も進化してきた。
毒の生化学的、構造的、行動的側面が明らかにされている系統もあるが、これらすべての要素が完全に記述された系統はない。また、毒の進化に共通する引き金、経路、結果を理解できるほど包括的に調べられた系統もない。
しかし、これまでに研究されたわずかな系から、毒の化学が人間の健康改善に役立つ可能性を秘めていること、毒には遺伝子の転写と修飾に関する特異な仕組みが伴うこと、そして毒の送達に使われる構造が独自の物理的特性を持つことがわかっている。動物の系統をまたいで毒のシステムを解明すれば、生命科学、化学、バイオエンジニアリングの各分野に大きな進歩をもたらす可能性がある。
たとえば毒は、進化の法則やパターンへの洞察をもたらすと同時に、イオンチャネルの機能、遺伝子重複、新機能化、調節といった細胞および細胞内のプロセスの仕組みを解き明かす助けとなる。毒を記述することで、新しい生体分子や、それらを送達する新たな構造を記録し、明らかにする機会が生まれる。
このような学際的、比較的、包括的な研究の自然な機会をもたらす系はほとんどない。さらに、有毒生物のシステムは、毒の人を惹きつける力を生かし、生物学、化学、生物多様性、バイオエンジニアリングを横断する物語を通じて学生に教え、刺激を与えることで、STEM教育を前進させる。
なぜ今、毒学に投資するのか
毒の研究は、何世代にもわたって科学者、学生、一般の人々を巻き込み、興奮させ、刺激し続ける、学際的研究の壮大な挑戦だ。実際、毒に関する論文、シンポジウム、バイオテクノロジー系スタートアップ企業が世界的に増加していることからもわかるように、毒の研究は過去10年間で急速に拡大した。この拡大の理由は何か。提起される問いの規模と複雑さに応える技術と科学的基盤が、実現したのはごく最近だからだ。
オミクス技術の台頭により、小型種や希少種を含む多くの種、さらにはモデル生物ではない生物も、より簡単に、安価に、迅速に研究できるようになった。毒が希望、変革、革新、繁栄の源として急速に注目されるなか、この分野は画期的な進展を目前にしている。つまり、毒への投資は、研究コミュニティの内外にいる多様な関係者に関わる科学の進歩への投資である。
自然からの挑戦に応え、科学の驚異へと続く毒の列車に乗ろう。
