理化学研究所発生・再生科学総合研究センター形態進化研究チーム
倉谷　滋

 
● はじめに
　本来昆虫少年だったのですが、それが再燃したのはつい最近のこと、京都大学での８年間あまり、自由といえばこれほど自由な環境もないだろうというような環境にあって何が悲しいのか、古色蒼然とした「脊椎動物比較形態学」に没入していました。もともと19世紀ヨーロッパ調博物学的「渋さ」に惹かれていたようです。が、世の中は細胞・分子生物学がいよいよ盛りあがり、一方でマクロ系（と当時呼ばれていた）分野はというと、生態学や行動学が元気よく、形態学は孤立無援、どちら側から見ても「忘れ去られた」という印象には拭い難いものがありました。しかし、好きなものは好きですから仕方ありません。他の学生のやっていることは気にせず、動物学図書や医学図書館に入り浸り、大量に文献複写していたものです。当時はよく、「形態学とはなんぞや？」という類の質問を受け、対して満足に答えられませんでしたが、「まだ十分に語られていない重要な問題がそこにあり、しかも進化や発生機構と深く繋がる」と信じていたものです。師匠の田隅本生先生は私のそういった志向性をいち早く汲み取り、ドイツ語の特訓を施してくれましたが、今から思えばそんな機会は滅多にあるものではなく、あの時代、人生にとって極めて重要であったと思い返すばかりです。

　幸運といえば、最初の職を得た琉球大学医学部解剖学教室でも、田中重徳教授からひとつの心得を伝授されました。「好きなことをある程度やったら、新しいことを見つけて変身せよ。決してやりすぎてはならない」です。先生は私にとって有難くも本格派比較解剖学者でありましたから、このラディカルな指導は意外でした。が、若い頃から取り憑かれると何も見えなくなり、次の発展がなくなるというのは確かです。とかくそうなりがちであった私が、実験発生学や細胞生物学に目を向け始めたのが、沖縄での３年間でした。

　アメリカ留学の６年間は、いかにして自分の趣味や個性を生かしつつ、かつ、プロになるかという、本当に難しい問題を解くためのものであったように思います。それでも、私の研究活動のほとんどは脊椎動物頭部に執着し続けました。当時、発生学者の関心はなにかと脳や感覚器官の集中する頭部に向かいがちでしたが、加えておそらく「骨格だろうが、神経だろうが、胸腺だろうが、頭部に発するものはすべて理解せずにはおれないのだろうし、ボスの言うことを聞きながら、自分の身に付く何か新しいものがあればそれでよいのだな」と気軽に考えていたのが幸いしたのだと思います。なにより、発生学、解剖学の世の中では、遺伝子発現を通してパターン形成を考え、しかも進化や比較発生学に言及する雰囲気が生まれつつありました。ようするに、「形態学者にも、分子発生学者にも分かるような言葉で語らなければダメなんだ」と、このころから意識し始めたように思います。それは今でも決して簡単なことではありません。

● 脊椎動物の頭 − 比較形態学と実験発生学
　脊椎動物進化形態学において、頭部問題はいわば金字塔です。頭部こそ脊椎動物を特徴づけ、のみならずそれが複雑で理解しづらいものであるだけに、「頭部の成り立ちを制するものが脊椎動物のボディプランを読み解く」といった諒解が、それこそ形態学の黎明からあったのです。

　脊椎動物頭部に対する私のこだわりも同じ根を持つのでしょう、大学院ではさまざまな羊膜類軟骨頭蓋の形態発生を比較し、哺乳類の進化を考察しました。琉球大学では、末梢神経の形態発生へと視点を移しましたが、相変わらずそれは「頭部分節性」というコンセプトのもとに、脳神経がどのように理解できるかという研究でした。対象が骨格から神経に変わっても、話の中身は同じです。

　ニワトリ胚の解剖発生学的研究も、石川裕二助教授に指導頂いた免疫組織化学的テクニックを使って細密に行うと、それまで誰にも到達できなかった細かく美しい形態の世界に触れることができました。手を変え品を変え、組織化学の変法を気儘に開発しては、結果を細密に描画する楽しみに耽溺しつつも、「いずれは、細胞、遺伝子で扱う問題になるのだろう」と感じていました。そして、脊椎動物頭部の骨格と末梢神経をともに派生する「神経堤」を、いずれ扱わなくては済まないだろうとも予感していたのです。

　当時からの問題意識、「脊椎動物の頭部は、どのような分節プラン（発生プログラム）を持つのか」に対し、私の学問上のアイドルであったノーデン博士はよく、「最終的な解答はHox遺伝子に求められるだろう」といっていましたが、実際にそのような実験はヒューストンのベイラー医科大学生化学、アイヒェレ博士のもとで可能となりました。いうまでもなく、そのためにはジョージアでニワトリ神経堤を外科的に扱う実験手技をカービー博士より伝授され、ボックマン教授より実験組織学を訓練されていたことが必須の前提となりました。

　脊椎動物胚の後脳には「ロンボメア」と呼ばれる分節が現れます。そしてロンボメアに対応して、いくつかのHox遺伝子が整然と発現し、それぞれのロンボメアに「個性」を与えているとされてきました。私はニワトリ胚ロンボメアの１つを後脳の別の場所に移し、形態パターンや遺伝子発現がどのように変化するかを観察しました。その結果、（１）第４ロンボメアに発現するHoxb-1遺伝子は、このロンボメアをどこへ移し替えても発現を維持し、（２）ロンボメアは奇数番号と偶数番号のものの間で性質が異なり、偶数番号にのみ（神経堤細胞が付着することにより）脳神経根が生じ、その性質もまた移動により変化しない、ということが分かりました。これは、中胚葉に依存して末梢神経根が分節的に形成される脊髄神経とは大きく異なります。つまり、神経根が繰り返して生ずる形態パターニングの仕組みが頭部と体幹ではまったく別物であり、頭部を単に体幹の変形と見なすわけにはゆかないのです。実験発生学的に遺伝子発現を追った研究ではありましたが、それまでの論文のなかで最も形態学的コンセプト色の強いものとなりました。

　自分の持っていた形態学的こだわりが初めて人にすんなりと理解されたのがこの論文でした。アメリカ留学ではいろいろなことを学びましたが、この研究を通じて、実験をいかにデザインし、どう展開し、自説をアピールするにはどの戦略を採るべきか、さらにそれでいて自分の「個性」を打ち出すにはどうすべきか、等といった課題がとりわけ重要でありました。もともと比較形態学者たる私は少数派でしたから、専門用語がすんなりと通じる相手もごくわずか、科学コミュニケーションについては自然に努力できたのだと思います。このロンボメア研究は、最も頻繁に人前で発表したもののひとつで、当時筑波理研の相沢慎一博士の目にとまり、帰国するきっかけともなりました。それはタイミングとしても絶妙でした。というのも、そろそろ本格的に（特に円口類を用いた）比較発生研究へと移ろうと思い、同時にアメリカでそれを実現することの限界をもすでに感じていたからです。

● そして、進化発生学へ
　熊本、それに引き続く岡山時代はもっぱらヤツメウナギ研究に終始し、それは現在の理化学研究所ＣＢＤでの研究とも直結します。この動物については多くの論文を書き、自分の研究のなかで最もラディカルなセオリーを世に問うことができました。が、それは今だから言えることで、始めた当初はとてもそんな雰囲気ではなく、実は心底恐ろしかったのです。

　新しい動物、あるいは新しい実験手技に挑むとき、私はいつもある種の畏怖を感じます。それが最も大きかったのがこのヤツメウナギでした。つまりこういうことです。比較形態学・発生学は、かれこれ150年以上にわたる歴史がある。わけてもヤツメウナギやその幼生型であるアンモシーテスは昔から動物学者の興味を引き続け、すでに多く論文が発表されている。いまさら多少新しい技術を使ったところで抜本的発見が期待できるか、ということなのです。確かに系統上、ヤツメウナギを含む円口類は、顎を持つ顎口類と早くに分かれ、脊椎動物の進化史上、実に重要な地位を占める興味深い対象です。が、学生時代ならともかく、「見たい」という好奇心だけでプロジェクトを始める言い訳にはなりません。正直、それなりの動物を使うのであれば、それなりの結果を出さねばという自意識もあります。さらに言うまでもなく、円口類を扱う限りは、顎の進化に触れないわけにもゆきません。もちろん当初から、分子生物学的アプローチも試みるつもりでした。が、胚形態の理解が先人を追い越せない段階で、新しい技術のみ導入しても意味はないと考えたのです。

　そこで、自信も何もありませんでしたが、すべて１から始めるつもりで組織切片を作り、神経を染め、筋肉を染め、描画し、さらには蛍光色素で細胞を標識するなど、ニワトリ胚に慣れていった過程をそのまま辿り、観察可能なあらゆる発生現象を追跡してゆきました。また、堀米直人君をはじめとする学生たちと走査電子顕微鏡で胚形態を観察する工夫も凝らし、それまで盲目的に信じられてきた円口類胚の古典的理解を打破・改訂することに成功しました。分子的研究には至っていませんでしたが、この段階で「何とかなりそうだ」と手応えを得たのを覚えています。こう書くと、すべてがスムーズに進んだように聞こえますが、そこには実験手技の工夫だけでなく、動物の入手、人工授精と胚の維持の試行錯誤など数々の課題があり、そのすべてにわたって今現在もお世話になっている共同研究者、新潟大学の平野茂樹先生の経験や精神的支えが効いていたことをここに記さないわけにはゆきません。

　分子レベルの研究にもまた数々の難関がありました。もちろん、その突破には、ともに働いてくれた研究員や学生諸君の努力、友人の研究者たちの助力があったわけですが、岡山時代より共同研究を始めた阿形清和氏の技術的「てこ入れ」が何より有難いものでした。つい最近まで継続していたこのコンビネーションは、他方が持たないものを互いに埋め合わせ、下手にライバル意識など持たず互いの研究方針にも干渉しないが、科学理念だけは十分に語り合うという理想的なものであったと思います。そのおかげもあって、本来の目的であった顎の進化というテーマに進んで行くことができました。

　それまでのヤツメウナギ研究、あるいはそれ以前の研究もすべて含め、私の解釈や説明は、基本的には形態学の始祖ゲーテが言っていたことと同様で、「脊椎動物すべてに通底する基本的ボディプランがあり、それを実現する一定の発生プログラムが対応する」に終始していたようです。ニワトリ胚がそうであったように、ヤツメウナギも頭部と体幹を特徴づける異なった分節的発生プランを持つのです。これはもちろん、形態学的相同性の発生的解釈をめぐる問題であり、同時に比較によって相同性を確認する限り本質的に新しいパターンの進化は説明できません。顎の問題がまさにそれで、顎口類と同じ上顎と下顎をヤツメウナギが持つのであれば、この動物は顎を持ってしまうことになる。最初は畏怖し、怪物のように見えていたヤツメウナギ胚も、観察を深めるとともにニワトリ胚と同じ「かたちの規則」をあらわにしてゆきます。では、本当に顎は新しいパターンを示すのだろうか？

　そうこうするうちに、胚頭部形態がニワトリとヤツメウナギにおいて微妙に一致しないことに気づきました。不一致が顕著であったのが、アンモシーテス幼生のいわゆる「上唇」と下垂体の位置関係でした。古くより形態学者は、上唇に上顎の相同物を見ていました。が、それが正しいなら下垂体の位置が説明できない　-　何かが間違っている。私は「これこそ、この難解なパズルを解く鍵」と考え、何かというと頭部の模式図を紙に書いては、どれとどれが一致しているのか、自分の頭のなかで変形させ、ねじ曲げ重ね合わせ、トポロジー比較を行い（まるでジョフロワ＝サンチレールみたいですが、これが私にとって最も重要な「思考実験」なのです）、悩み続けていました。ちょうどそんなときでした、学生の一人がヤツメウナギ胚上唇原基の走査電顕写真を持って部屋に入ってきたのは、、、。妙に気になり、かつての論文の写真と突き合わせてみたところ、突然「ヤツメウナギ上唇を構成する間葉が顎口類鼻軟骨と同じ相対的位置を占めると認めたときに限り、このパズルにおいてすべてのピースが過不足無く嵌る！」と気づいたのです。のちにScience誌に発表することになる「顎のヘテロトピー起源説」の走りとも言うべき発見でした。常々同じものを見ていたのですが、それをどう形態学的に解釈するかが問題で、正しく言うなら発見したのは「モノ」ではなく、「モノとモノとの位置関係・対応関係」です。

　同時に遺伝子の相同性はかたちの相同性を説明しない、ということも確信しました。この問題について、Fgf8, Bmp4など成長因子をコードする遺伝子、そしてその標的遺伝子Dlx, Msxが使えそうだという判断は、理研研究員であった重谷安代博士によるものです。どうやら、これら遺伝子発現ドメインは進化とともにシフトしていったらしい。初期胚のかたちはヤツメウナギと顎口類で一致し、そこには同じ細胞群のセットがあり、同じ制御遺伝子セットが発現する。が、微妙な遺伝子発現の「位置的ズレ」は、組織間相互作用の位置をもずらし、結果、異なった細胞集団から似た形と機能を持つ構造が生じてしまう　-　機能・形態的な類似性、形態的相同性、発現する遺伝子の相同性のすべてを同時に満足するようなシンプルな対応関係が、ヤツメウナギと顎口類の間では失われている。つまり、発生プログラムが位置的にシフトしているがゆえに（ヘッケルの提唱したヘテロトピー）、それによってできた「顎」は確かに新しいパターンと呼ぶことができ、同時にそれは比較形態学的には円口類の口とは相同ではない、ということなのです。実際に成長因子をニワトリ初期胚に与え、このシフトを補正すると、下流遺伝子の発現パターンはヤツメウナギ的となります。いわば、発生学的意味での「表現型模写」を作り出すことができる。この研究に必要な遺伝子の単離を手伝ってくれた何人かの学生諸君、外来成長因子をヤツメウナギ胚に作用させた重谷博士の実験がなかったら、そのインパクトは大幅に減じていたでしょう。今後の進化発生学研究には、綿密な形態パターンの認識と、何らかの機能に言及する実験がともに必要となってゆくようです。

　引き続き、ヤツメウナギの口の形成が、顎口類と基本的に同じHoxコードに基づいていること（学生、瀧尾陽子担当、Nature Onlineに短報として発表）を発見し、下垂体の進化発生研究（内田勝久博士、当時研究員担当）、脳進化に言及する一連の研究（村上安則博士、当時研究員担当）も一通り終え、日下部りえ研究員が担当する筋肉系の進化研究を別にすれば、私の主催したヤツメウナギ研究にも一段落付いたの感があります。そこで、脊椎動物頭部の発生と進化について、過去の研究をもとに自説をまとめ、残された部分は仮説とし、そろそろ著作として表現するに好機と判断しました。研究の歴史的経緯や要約も大切ですが、古典的教科書をただ分子発生学的にアップデートするようなものではつまらない、きちんと概念的枠組みを再構築し、ヘッケルの反復説やゲーテの原型論とも現代的文脈において対峙したい。この企画はそれまで11年間構想を続け、書いては挫折を繰り返してきたもので、結果、難しく分厚いものになりましたが（引き替えに眼と腰を悪くもし）、ほぼ構想していたとおりの外観と内容の著作、「動物進化形態学（東大出版会、2004年）」を上梓できました。

● おわりに
　私がここに記したように、好きな問題に突き進み、成果を上げることができた背景には、国内外の多くの方々の支援や、温かい励ましがありました。それに関しては強調しても強調しすぎることはなく、感謝の言葉もありません。さらに、これまで様々な点で幸運に恵まれたことも認めなければなりません。文部科学省と理化学研究所をはじめとする公的機関から、多額の研究費をいただきました。心より感謝申し上げます。もうひとつ、私の関わった論文の筆頭著者となった、若い研究者たちの貢献とオリジナリティも認め、見守ってあげて欲しく思います。

　ラディカルであることを信条としつつも、私は内外の比較形態学の伝統にあこがれを持って研究してきました。とりわけ本邦動物学の黎明に活躍した学者たちと同じ系譜のうえで研究できるのは素晴らしく、また誇りとも感じています。その学会の最も大きな賞をいただき、文字通り身に余る光栄であります。現在、私の研究人生はその後半がいよいよ始まり、古くからの課題である顔面形成研究を続行しつつ（Rolf Ericsson博士担当）、スッポンの甲（大宅芳枝博士、工樂樹洋博士、長島寛博士担当）や、コイ科魚類のウェーベル氏器官（成田裕一博士担当）、比較発生学最後のフロンティア、ヌタウナギ（太田欽也博士担当）、を対象とし、コンセプトと仮説から始まる新しい進化発生学の研究スタイルを目下模索しております。さらに今年度より、形態学者として生まれついたからには避けて通りたくはない「昆虫（鱗翅目・蛾）」をも扱い始めました（山口素臣博士担当）。これからも私は動物の「かたち」にあこがれ、畏怖し、こだわりつつ、さまざまなアイデアや技術を取り込んで変身し続けてゆこうと思います。

● 関連論文・著書（抜粋）

1. Kuratani, S., Tanaka, S., Ishikawa, Y., and Zukeran, C. (1988). Early development of the hypoglossal nerve in the chick embryo as observed by the whole-mount staining method. Am. J. Anat. 182, 155-168.

2. Kuratani, S. (1989). Development of the orbital region in the chondrocranium of Caretta caretta. Reconsideration of the vertebrate neurocranium configuration. Anat. Anz. 169, 335-349.

3. Kuratani, S., and Bockman, D. E. (1991). Capacity of neural crest from various axial levels to participate in thymic development. Cell Tiss. Res. 263, 99-105.

4. Kuratani, S. C. (1991). Alternate expression of the HNK-1 epitope in rhombomeres of the chick embryo. Dev. Biol. 144, 215-219.

5. Kuratani, S. C., and Kirby, M. L. (1991). Initial migration and distribution of the cardiac neural crest in the avian embryo: An introduction to the concept of the circumpharyngeal crest. Am. J. Anat. 191, 215-227.

6. Kuratani, S. C., and Eichele, G. (1993). Rhombomere transplantation repatterns the segmental organization of cranial nerves and reveals autonomous expression of a homeodomain protein. Development 117, 105-117.

7. Kuratani, S. (1997). Distribution of postotic crest cells in the chick embryo defines the trunk/head interface: embryological interpretation of crest cell distribution and evolution of the vertebrate head. Anat. Embryol. 195, 1-13.

8. Horigome, N., Myojin, M., Hirano, S., Ueki, T., Aizawa, S., and Kuratani, S. (1999). Development of cephalic neural crest cells in embryos of Lampetra japonica, with special reference to the evolution of the jaw. Dev. Biol. 207, 287-308.

9. Kuratani, S., Horigome, N., and Hirano, S. (1999). Developmental morphology of the cephalic mesoderm and re-evaluation of segmental theories of the vertebrate head: evidence from embryos of an agnathan vertebrate, Lampetra japonica. Dev. Biol. 210, 381-400.

10. Kuratani, S., and Horigome, N. (2000). Development of peripheral nerves in a cat shark, Scyliorhinus torazame, with special reference to rhombomeres, cephalic mesoderm, and distribution patterns of crest cells. Zool. Sci. 17, 893-909.

11. Kuratani, S., Nobusada, Y., Saito, H., and Shigetani, Y. (2000). Morphological development of the cranial nerves and mesodermal head cavities in sturgeon embryos from early pharyngula to mid-larval stages. Zool. Sci. 17, 911-933.

12. Shigetani, Y., Nobusada, Y., and Kuratani, S. (2000). Ectodermally-derived FGF8 defines the maxillomandibular region in the early chick embryo: epithelial−mesenchymal interactions in the specification of the craniofacial ectomesenchyme. Dev. Biol. 228, 73-85.

13. Kuratani, S., Nobusada, Y., Horigome, N., and Shigetani, Y. (2001). Embryology of the lamprey and evolution of the vertebrate jaw: insights from molecular and developmental perspectives. Phil. Trans. Roy. Soc. 356, 15-32.

14. Murakami, Y., Ogasawara, M., Sugahara, F., Hirano, S., Satoh, N., and Kuratani, S. (2001). Identification and expression of the lamprey Pax-6 gene: Evolutionary origin of segmented brain of vertebrates. Development 128, 3521-3531.

15. Shigetani, Y., Sugahara, F., Kawakami, Y., Murakami, Y., Hirano, S., and Kuratani, S. (2002). Heterotopic shift of epithelial-mesenchymal interactions for vertebrate jaw evolution. Science 296, 1316-1319.

16. Uchida, K., Murakami, Y., Kuraku, S., Hirano, S., and Kuratani, S. (2003). Development of the adenohypophysis in the lamprey: evolution of the epigenetic patterning programs in organogenesis. J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 300B, 32-47.

17. Murakami, Y., Pasqualetti, M., Takio, Y., Hirano, S., Rijli, F., and Kuratani, S. (2004). Segmental development of reticulospinal and branchiomotor neurons in the lamprey: insights into evolution of the vertebrate hindbrain. Development 131, 983-995.

18. Kusakabe, R. Takechi, M., Tochinai, S., and Kuratani, S. (2004). Lamprey contractile protein genes mark different populations of skeletal muscles during development. J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 302B, 121-133.

19. Takio, Y., Pasqualetti, M., Kuraku, S., Hirano, S., Rijli, F.M., and Kuratani, S. (2004). Lamprey Hox genes and the evolution of jaws. Nature 429, 1 p following 262. http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v429/n6989/full/nature02616_fs.html

20. Nagashima, H., Uchida, K., Yamamoto, K., Kuraku, S., Usuda, R., and Kuratani, S. (2005). Turtle-chicken chimera: an experimental approach to understanding evolutionary innovation in the turtle. Dev. Dyn. 232, 149-161.

21. Kuraku, S., Usuda, R., and Kuratani, S. (2005). Comprehensive survey of carapacial ridge-specific genes in turtle implies co-option of some regulatory genes in carapace evolution. Evol. Dev. 7, 3-17.

22. Kuratani, S. (2005). Craniofacial development and evolution in vertebrates: the old problems on a new background. Zool. Sci. 22, 1-19.

23. Shigetani, Y., Sugahara, F., and Kuratani, S. (2005). Evolutionary scenario of the vertebrate jaw: the heterotopy theory from the perspectives of comparative and molecular embryology. BioEssays. 27, 331-338.

24. Narita, Y., and Kuratani, S. (2005). Evolution of the vertebral formulae in mammals - a perspective from the developmental constraints. J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 304B, 91-106.

25. Ohya, Y.K., Kuraku, S., and Kuratani, S. (2005). Hox code in embryos of Chinese soft-shelled turtle Pelodiscus sinensis correlates with the evolutionary innovation in the turtle. J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 304B, 107-118.

26. （分担）岩波生物学辞典 第４版 形態学部門改訂, 中間編集（1996）岩波書店

27. （共著）倉谷 滋, 大隅 典子「UP BIOLOGY 97：神経堤細胞　-　脊椎動物のボディプランを支えるもの」（1997）東京大学出版会

28. 倉谷 滋 「ゲノムから進化を考える２：かたちの進化の設計図」（1997）岩波書店

29. 倉谷 滋 「動物進化形態学」（2004）東京大学出版会

30. （分担）佐藤矩行、野地澄晴、倉谷 滋、長谷部光泰 「シリーズ進化学・第４巻：発生と進化」（担当：第２章・動物の発生と進化、部分；第４章・発生と進化の研究史）（2004）岩波書店

31. 倉谷　滋「岩波科学ライブラリー・発生は進化をくりかえすか」（2005）岩波書店