アフリカのサバンナを歩き回る草食動物たちは巨大で、たくさん食べます。 しかし、どういうわけか、彼らは皆、ほとんど同じ場所で、同じようにまばらな植生環境に支えられて生きているのです。 2013年、生態学者たちは、この仕組みを解明しようとした。 しかし、ゾウ、シマウマ、バッファロー、インパラは、餌を食べるために何マイルも歩き回り、人間が食べるところをおせっかいに見るのが好きではないので、彼らの食生活を把握することはほとんど不可能でした。 しかし、消化された植物は、人間の目だけでは識別することができませんでした。 そこで、このパズルのために、研究者たちは比較的新しい遺伝子技術に目をつけました。 細胞のミトコンドリア内にあるため、この遺伝子は、略してCOIと呼ばれ、他のDNAの約3倍の突然変異率を持っています。 つまり、非常に近縁の生物間の遺伝的差異をより明確に示すことができ、鳥から蝶までのグループの種を、シャツの内側のタグや食料品店のバーコードのように区別するのに役立つ方法です。

DNAバーコーディングと呼ばれるこの巧妙な方法については、従来の分類学の「ストレスフル」で時間のかかる方法にうんざりしている、ある遺伝学者に感謝します。 カナダのゲルフ大学の分子生物学者であるポール・ヘベールは、ニューギニアで博士研究員として昆虫をシートで集めて過ごした、ある雨で曇った夜のことを思い出しています。

「翌日にそれらを形態学的に分類してみると、何千という種が集まってきていることに気付きました」と、ヘベールは語ります。 その多くは、彼が知る限り、科学的に記述されたことのないものでした。 「その一夜で、残りの人生を忙しく過ごすのに十分な標本に出会ったことに気づいたのです」と、彼は言います。 「そのとき、私はほとんど……形態学的分類法では、この惑星の生命を登録することはできないと悟ったのです」。 彼は標本コレクションを手放し、北極圏の進化生物学という、彼の言葉を借りれば「最も種の多様性が低い生息地」の他の研究に移ったが、地球の生物多様性を測定するというテーマは常に彼の心の奥底に残っていたのだ。 オーストラリアで客員研究員として働いていたヘバートは、さまざまな生物のDNA配列を「遊びながら」決め、簡単に分離でき、種の判別にすぐに使える単一の配列を探した。 「そして、多くの場合、このミトコンドリア遺伝子領域が有効であることを突き止めたのです」と、彼は言う。 それが COI でした。

Hebert は、自分の家の裏庭で、たくさんの昆虫を集め、その虫をバーコード化して、この方法を試してみることにしました。 その結果、簡単に虫を見分けることができることがわかった。 「この技術を使って、2013 年のサバンナの研究では、共存する動物のさまざまな食生活をつなぎ合わせることができました。 この研究に協力したスミソニアン国立自然史博物館の植物学芸員、W. John Kress 氏は、「動物の糞をバーコード化することで、その動物が食べていたものをすべて知ることができました」と述べています。 野生生物管理者や科学者に、それぞれの動物がどのような草を食べているかを正確に伝えることで、これらの結果は「これらの動物のための新しい保護区域の設計に直接影響を与える可能性があります」と、Kress 氏は言います。 「今では、これらの種が実際にサバンナでどのように共存しているかがわかるようになりました」とクレス氏は言います。

ダーウィンの時代から、分類学者は観察できるものに基づいて種をふるい分けしてきました。 つまり、アヒルのように見え、アヒルのように歩き、アヒルのように鳴くなら、アヒルの山に投げ入れるということです。 しかし、1980年代にDNAの塩基配列が解読できるようになると、状況は一変した。 ある生物を構成している遺伝暗号を読み取ることで、科学者は種の進化の歴史について新たな洞察を得ることができるようになったのである。 しかし、ゲノムを構成する何百万、何十億もの塩基対を比較することは、高価で時間のかかる提案です。

シトクロム c オキシダーゼ I のようなマーカーを使えば、これらの区別をより早く、より効率的に特定することができます。 これは、設備の整った分子生物学研究所で DNA バーコードの配列を決定するのにかかる時間と同じで、表面上はまったく同じに見える 2 つの種が、遺伝子レベルでは大きく異なることを、バーコーディングによって数時間のうちに知ることができます。 昨年、チリの科学者たちは DNA バーコーディングを使って、昆虫研究者たちが過去 160 年間見逃してきた新種のハチを特定しました。

Hebert と協力して、国立自然史博物館の昆虫学キュレーター John Burns などの専門家は、かつて同じ種と考えられていた多くの生物を区別することができるようになりました。 バーンズ氏によれば、この技術の進歩により、研究者は1800年代の博物館標本をバーコード化できるようになり、長い間定まっていた種の定義を再分類できる可能性が出てきたという。 ヘバート氏が DNA バーコーディングの概要を説明した 1 年後に、バーンズ氏は自らそれを使用して、1700 年代に確認された蝶の種が、実際には 10 の別々の種であることが判明した事例を特定しました。 国際自然保護連合の「レッドリスト」を管理するクレイグ・ヒルトン・テイラー氏は、科学者や法律家が種の数と健康状態をよりよく把握できるようになり、種の保護に不可欠な情報が得られると述べています。 同組織は、種を定義する最善の方法について異なる観点から作業できるさまざまな専門家グループに依存していますが、DNA バーコーディングは、これらのグループの多くが異なる種をより正確に識別するのに役立っています。 たとえば、COI 遺伝子が植物では十分に速く変異しないため、植物ではなく動物にしか使えないということです。 2007 年、クレスは、植物で同様に急速に変異する他の遺伝子を特定することにより、ヘベールの技術を拡張し、サバンナのような研究ができるようにしました。

クレスは、2008 年から、彼と彼の元同僚でコネチカット大学の生態学者カルロス ガルシア ロブレドは、DNA バーコーディングを使って、コスタリカ熱帯雨林で異なる種の虫が食べているさまざまな植物を比較したと回想します。 彼らは昆虫を集め、粉砕し、その内臓から DNA を素早く配列して、彼らが何を食べていたかを特定することができました。 「DNAバーコードの助けを借りずに、研究者が熱帯雨林の昆虫草食動物のコミュニティの食生活を完全に理解するには、何年もかかるかもしれません」と、Garcá-Robledo氏は2013年のSmithsonian Insiderのインタビューで語っています。 「昆虫と植物がどのように相互作用しているか、以前は不可能だった複雑なネットワーク全体を構築することができました」とクレスは言う。

「突然、DNAを使用して、はるかに単純な方法で、実際に追跡し、定量化し、これらの実験を繰り返し、はるかに詳細な方法でこれらのことを理解することができました」と彼は付け加えました。 クレス教授と他の研究者たちは現在、土壌サンプルの分析にもバーコーディングを使っており、そこに生息する生物群集を調べているという。 また、バーコーディングは、環境に存在する遺伝物質の残骸を特定するのにも役立つと期待されています。

「生態学者にとって、DNAバーコーディングは、これまで追跡できなかった生息地において、まったく異なる方法で物事を追跡できるようになりました」とKressは述べています。 「この 14 年間で、この方法がはるかに効果的に機能し、私が予想したよりもはるかに簡単に実行できることがわかりました」と、彼は現在述べています。 「種の存在量と分布に関して、私たちは本当に不十分なデータと格闘しています」と、ヘバート氏は現在の保護活動家について述べています。 DNA バーコーディングと組み合わせて、DNA サンプルをより速く、より少ない材料で分析する技術の急速な向上は、その解決策を提供すると Hebert 氏は述べています。 彼は現在、科学者が未知の標本をすばやく識別するために使用できる、DNA バーコードの世界的なライブラリの整理に取り組んでいます (現実のポケデックスのようなもの)。 と、ヘベールは指摘します。 「もし私たちが生物多様性の保全に真剣に取り組むのであれば、必要とされるモニタリングの量について、完全に見方を変えなければなりません」

と指摘しています。