海の生物の適応戦略

コーディネーター 巌佐 庸
海に棲む動物は，陸の動物とは随分違った生活をしている．最初しばらくは，幼生として水の中でプランクトン生活をし，その後岩礁に定着し，形を変えて成長するものが多い．
海の生き物でも，子どもは父親と母親から作られる．子どもを作るためには，自ら卵を作る雌の役割か，精子を作って他の個体が産む卵を授精する雄の役割の，どちらかを果たす必要がある．フジツ
ボなどの多くの種は，それぞれの個体が，雌としての役割と雄としての役割の両方を担う雌雄同体である．サンゴ礁の魚には，小さいうちは雌として卵を産むが，大きくなると雄に「性転換」して他個体の卵を授精する種も多い．さらには，たとえそれぞれの個体が一生にわたって雌であるか雄であるかのどちらかだとしても，その性が性染色体で決まるとは限らない．幼生では性が決まらず，定着したとき状況に応じて雌雄のどちらになるかが決まるという環境性決定もある．このように海の動物が示す性の多様性は，陸の動物の常識をはるかに超えている．
こういった海の動物の性のあり方は，どのように理解すればよいのだろう．本書は，それを「ゲーム理論」によって説明してみせる．利害の異なるプレイヤーが，それぞれ自らにとってベストになるよう行動や生理を選ぶとしよう．しかし他個体の行動を自分の都合のよいように変更することはできない．このときどんな状態が実現するのだろう．これは社会科学でしばしば出現する状況である．

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動物の，餌探しや配偶者選びといった行動，成長と体の大きさ，繁殖を開始するタイミングなどは，できるだけうまく生きて成長し，次の世代を作って広がるように努力していると考えるととてもよく理解できる．現在見られる生物は，長い進化のプロセスで選び抜かれてきたものである．もともとはあるタイプの行動や生理をもつ個体の集団に，突然変異によって違った行動や生理をもつタイプが現れるとする．もし後者がより多くの子どもを残せるとすると，しばらくするとタイプが置き換わってしまうだろう．長い進化の過程ではさまざまなタイプが試されたであろうから，与えられた状況でベストを尽くしてできるだけ多数の子どもを残せるようなふるまいをするタイプが最終的に残っているはず，と考えられる．これが，ゲーム理論を使うことの根拠になっている．
進化というと多くの人は，恐竜やアンモナイトの化石，もしくはヒトがチンパンジーなどの類人猿から進化したといったことを思い浮かべる．進化はロマンと夢の世界で，私たちの日常生活とはかけ離れたものと思われるかもしれない．しかし生物はいまでも進化をし続けていて，機会があれば驚くほど素早く変わることができる．
このことは私たちの生活に，重大な結果をもたらす可能性がある．
たとえば，最初はとても有効であった医薬品が，何年かすると全く効かなくなることがある．ウイルスやバクテリアなどの病原体でランダムに生じた突然変異の中に，たまたま薬剤に耐性をもつものが現れ，それが広がってしまうからだ．現代の医療にとって最大の脅威である病原体の薬剤耐性の出現は，ダーウィンの自然淘汰によって生じる進化の最もわかりやすい例なのだ．同じように最初は有効だった農薬が，菌や害虫に耐性が進化して効かなくなることもある．そのため，新たな医薬品や農薬を開発し続けないといけない．
癌にも，細胞レベルに生じた進化と見なしてよい側面がある．私海の生物の適応戦略

157たちの体の大腸や皮膚などでは，細胞を供給するために「幹細胞」が細胞分裂をし続けている．細胞分裂時のゲノム複製で，ごくまれにミスを起こすことがある．正常な細胞だと勝手には増えないようになっているが，それが壊れて制御が利かなくなり，他を押しのけて広がるようになる．非常に単純化すると，これが発癌過程といえる．もともと野外における動植物の進化を調べるために発展した数理的手法が，癌の理解や治療にも役立っている．
著者の山口幸さんは，奈良女子大学理学部の物理科学科を卒業後，大学院の情報科学専攻に進学し，フジツボ類など海洋生物の生活や性の進化についての理論を中心に研究を展開してきた．博士号取得後も，九州大学で博士研究員を，そして現在は神奈川大学工学部で教鞭をとりながら，海洋生物の性表現の数理的研究を続けている．山口さんは性配分理論を確立したチャーノフとも共著論文を執筆し，またフクロムシの世界的権威であるヘーグ（コペンハーゲン大教授）とも共同研究を進めてきた．日本数理生物学会や日本進化学会の研究奨励賞を受けている新進気鋭の研究者である．
本書では，ほぼすべての章が著者本人の研究成果の紹介になっている．この本を読んでいくと，著者に案内されて水族館を訪ねている気分になるかもしれない．次々と奇妙な生き物が現れ，異様な生活をしていて，著者から詳しい解説を聞くような．
本書のもう 1 つの特色は，そこに結構な量の数式が書かれていることだ．数理モデルが一見複雑な現象に見通しのよい理解を与えてくれることが本書のテーマである．山口さんは，問題の設定と答えを説明するだけには留めず，途中の解析のステップまで詳しく解説する．わかりやすく工夫されているとはいえ，何ページにもわたる議論に，本書を途中で投げ出したくなる読者がいないとも限らない．そのときには遠慮をせず，数式は適当に飛ばして，写真と図を158眺めて最後の結論を拾い読みされたらよいと思う．ただ著者は，これらの数式の中の，計算操作の各ステップにこそ，海洋生物の生き方への理解が詰まっているのだ，という信念をもっているようだ．
フジツボといえば，私には懐かしい思い出がある．大学院で博士の学位を取得した後，スタンフォード大学で博士研究員として 2 年間過ごした．そのときの研究テーマの 1 つがフジツボの人口動態であった．フジツボは，幼生が船底に定着して成長する．表面がでこぼこになって船の速度が遅くなり燃料効率が悪くなるので，船舶にとっては古くからの大問題なのだ．私を雇用してくれたアメリカの研究費は，悪役であるフジツボの研究のためであったらしい．幼生が遠くから海流に乗ってやってきて，海岸に定着する．その後成長し互いに詰まってびっしりと生える．しかし嵐のときにはごそっとはがれ落ち，その空き地にはまた幼生が定着する．これを数理的に解析した．
山口幸さんはそれとは違って，フジツボの性に注目する．浅い海に棲む種は，それぞれの個体が卵も精子も作る雌雄同体である．ところが深い海にいくと，小さな雄専門の個体（矮雄）が出現し，大型の個体は雌になってしまうという．山口さんは，このように性の表現が海の深さで変わるのはどうしてかと問う．
フクロムシについては，水産学の研究者の話を思い出した．フクロムシは，カニの神経系に取り付いてその行動や生理をすっかり変えてしまう，カニは自らの卵を作るのをやめ，そのエネルギーをフクロムシの保護と栄養供給に振り向ける．フクロムシはカニに取り付くエイリアンのような存在，という恐ろしい印象を私はもっていた．
山口さんは本書で，フクロムシは実はフジツボの仲間だという．
エイリアンのようにカニに取り付いて行動や生理を変えるのはフ海の生物の適応戦略

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クロムシの雌で，雄は雌よりもずっと小さく，雌が作るポケットに収まっていて精子を供給するだけになるという．そのフクロムシにも，幼生のときにすでに雄と雌とに分かれていてサイズが異なるタイプと，雌雄の違いが見られずホストであるカニに取り付いてから性を決めるタイプとがある．山口さんは，どのような状況でそれぞれが進化するかという計算をしてみせる．
最近政府は，科学技術はイノベーションにつながる必要があるという．面白い研究をするだけではだめで，人々の福祉に，ときには新しい産業につながることが望ましい．たしかに物理学の研究も，青色発光ダイオードの発見とエネルギー効率の高い照明につながった．iPS 細胞は，さまざまな病気の克服につながりそうだ．いずれも素晴らしいと思う．生態学者も最近は，野外の生物の行動は面白いでしょう，みたいにはいわず，生物多様性保全という重要な意義のある研究活動をしている，と説明することが多くなった．細胞の分裂制御の研究は「発癌プロセス」，動物の発生の研究は「再生医療」，というように，基礎的な研究の紹介をするとき人々の福祉につながる可能性を強調して説明する．テレビでもゴミからエネルギーを作るなど，さまざまな夢の実現のために全力を挙げて努力する人々が紹介される．たしかに，科学が人々の生活改善に貢献できることは素晴らしい．
一方，フジツボの矮雄とか，フクロムシの性がホストに定着してから決まるかどうかなど，どういうふうにイノベーションにつながるのかと問われるとどう答えたらよいのだろう．フジツボを対象として深く研究すれば，すべての生物に当てはまるような基本原理が見つかり，最終的には人々の福祉にも大きく貢献すると思うので，長い目で見てもうしばらく待ってください，とお願いするほかはあるまい．

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フジツボに関していえば，それは単なる言い訳とはいえない．チャールズ・ダーウィンは自然淘汰を説明した『種の起源』を書く前に，8 年間ほどフジツボ類の研究に没頭している．フジツボを解剖し，それらの分類を詳細に調べることで，もとは 1 つであった種からさまざまに分かれたこと，またそのときに生存や繁殖に役立つよう変化してきたことを確認し，自然淘汰に基づく進化論というダーウィンの基本的アイデアを完成させたのだ．ダーウィンの進化論は，まさにフジツボ類の研究から生み出されたといっても過言ではない．だから山口さんの矮雄の研究も，生命界を統べる基本原理の発見と，人間の福祉への多大なる貢献につながらないとも限らない．ただその成果が最終的に人々の生活をよくするまでには，多少時間がかかるので，長い目で見る必要があるだろう．