キリンの遺伝子をマウスに移植しましたが、マウスの首は長くならず、しかし...

制作：中国科学普及協会

プロデューサー: 蘇成宇

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター

キリンはサバンナでとても目立つ動物です。その長い首は、皆から多くの奇妙な質問を引き付けてきました。知湖では、キリンはどうやって水を飲むのかなど、キリンに関する多くの神話を見ることができます。キリンは頸椎症を患いますか？キリンが嘔吐したくなったらどうしますか?キリンは雷に打たれやすいのでしょうか?キリンは嘔吐したいとき何をするでしょうか？ …

これらの奇妙な神話は、地球上で最も長い首を持っているというだけの理由です。キリンの長い首の利点は、もちろん高いところにある葉を食べることだけではありません。首が短い動物よりも視線が高く、視野が広く、狙った動物を簡単に捕食できるのです。

私は上記の質問に対して科学的な答えを出しました。興味があれば検索して見てください。今日は、キリンのもう一つの問題、キリンの生存に関係する問題について議論します。キリンは首が長いので、心臓から頭に血液を送るのが難しいのでしょうか?

画像出典: sciencealert

強い心を持つキリン

深い井戸から水を汲み上げるには、バケツをロープで縛って沈めて水をすくう方法の他に、水ポンプを使う方法があることは皆さんご存知でしょう。一般的に、ポンプは水圧を高め、より大きな推進力を生み出し、地下から水を押し上げることができます。井戸が深くなるほど、必要なポンプの排出圧力も大きくなります。

動物の強力な心臓は、心室筋のリズミカルな収縮と弛緩を通じて体の各部に血液を送る自然のポンプです。ほとんどの哺乳類では、心臓と頭の間の垂直距離は短いです。したがって、心臓の血圧は頭の血圧と似ています。

しかし、キリンは他の「普通の」哺乳類とは異なります。彼らの心と頭の距離は長すぎます。したがって、心臓から頭に血液を送り出すためには、他の「普通の」動物よりも高い動脈血圧が必要になります。

1955 年にはすでに、GOETZ RH がキリンの心臓血管系の研究を行っていました。彼は、キリンの収縮期血圧は300mmHgに達し、拡張期血圧は180mmHgに達する可能性があることを発見しました。これは、通常の人間の約2.5倍です。科学者たちはまた、キリンがまだ幼いときは頭が心臓からそれほど離れていないため、血圧が比較的低いことも発見した。キリンは年をとって首が長くなるにつれて、血圧も上昇します。

人間とキリンのさまざまな部位の血圧の比較 出典: Deranged Physiology

この自然のポンプがそれほど強力であるならば、その大きさは「普通の」哺乳類の心臓とは異なるはずです。成体のキリンの心臓の長さは0.6メートル、重さは11キログラムです。人間の手のひらサイズの心臓と比較すると、キリンの心臓は人間の約30倍の大きさです。 （ネットでキリンの心臓の写真を見つけたのですが、あまりにもグロテスクなのでここには載せません。興味があれば自分で探してみてください）

しかし、これは「通常の」哺乳類の心臓との最大の違いではありません。キリンの心臓の大きさは、その容積に比例しているからです。最大の違いは心臓の内部構造にあります。 2006年から2009年にかけて、G.ミッチェルはジンバブエで毎年殺されるキリンの解剖学的観察を行った。 （注：キリンはジンバブエの法律に従って殺されました）。

科学者たちは、キリンの左心室と心室中隔の厚さが非常に大きく、人間のそれよりもはるかに大きいことを発見した。体重1,300kgの成体のキリンの左心室壁の厚さは約7cm、心室中隔の厚さは約5cmです。人間の左心室壁と心室中隔の厚さはわずか約 1.2 cm であることを知っておく必要があります。高強度のトレーニングを行っているアスリートの心室壁の厚さは、一般の人よりもわずかに厚くなります（1.3～1.5 cm）。

1300kgのキリンの心室の断面。心室壁は非常に厚く見える。

画像出典: 文書 1

同時に、科学者たちは、キリンの他の部分の血管壁も、下図に示すように非常に厚いことを発見しました。

画像出典: 文書 1

データの統計的分析の結果、心室壁の厚さ特性は相対成長関係にあることが判明しました。相対成長とは、生物の体の大きさが変化すると生物の特性も変化するが、その変化は不均衡であることを意味します。

科学者がキリンの心室壁と動脈壁の厚さを発見したことで、キリンが高血圧にならない生理学的理由が説明された。血圧が高すぎるということは、心臓にかかる圧力が大きすぎることを意味します。この力は非常に強いため、「薄い」血管壁はそれに耐えることができません。いわゆる脳出血は、過剰な血圧によって血管壁が破裂することで起こります。

しかし、キリンの心室壁と血管壁は多少異なります。その血管壁は非常に厚く、人間の血管壁よりも数倍も厚い。そのため、高血圧であっても血管壁を破る心配はありません。

しかし、これが最も根本的な理由ではありません。最も根本的な理由は遺伝的差異にあります。

特別な遺伝子によりキリンは高血圧を恐れなくなる

数年前、ラスムス・ヘラーはキリンも含めた反芻動物ゲノムプロジェクト（RGP）を開始しました。科学者たちは、キリンと他の首の短い反芻動物のゲノムを比較することで、キリンに特有の、あるいはキリンにのみ見られる変異を持つ遺伝子を約500個発見した。

500 個の遺伝子のうち、最も異なっていた FGFRL1 と呼ばれる遺伝子が目立っていました。人間の場合、この遺伝子は心臓血管の発達と骨の成長に関係していると思われるため、科学者たちは、この遺伝子がキリンの高血圧への適応にも役割を果たしている可能性があると推測した。

科学者たちは自分たちの考えを検証するために、遺伝子をマウス、いわゆるトランスジェニックマウスに移した。研究開始から28日後、遺伝子組み換えマウスは普通のマウスと見た目に違いはなかった。彼らはキリンの特徴である長い首を育てなかった。

見た目と違いはありません。出典: 文書2

しかし、彼らの体には微妙な変化が起こっています...

まず、キリンの遺伝子を移植されたマウスは、通常のマウスよりも子宮内での骨の発達が遅かった。しかし、生まれてから、遺伝子組み換えマウスは通常のマウスよりも速く成長しました。科学者たちがマウスの骨を研究したところ、遺伝子組み換えマウスの骨密度が高かったことがわかった。

WTは通常のラット、キリンはキリンの遺伝子が移されたラットです。明らかに、CT 画像から、トランスジェニックマウスの骨密度が通常のラットに比べて大幅に増加していることがわかります。画像出典: 文書2

これは、急速に成長する骨の構造が脆弱になるのを防ぐための代償メカニズムです。そのため科学者たちは、キリンが早く着実に成長する理由は FGFRL1 にあるのではないかと推測している。

次に、科学者たちはトランスジェニックマウスと通常のマウスにアンジオテンシンを注射した。

アンジオテンシンII（高血圧を引き起こす可能性のある薬物）を注射した後、遺伝子組み換えマウスの血圧はわずかに上昇しただけで、臓器にはほとんど影響がないことがわかった。一方、正常なマウスでは、薬剤を注射すると血圧が急上昇し、腎臓と心臓に大量の線維症（臓器障害の一種）が現れた。

アンジオテンシン注射後のトランスジェニックラットと正常ラットの心筋線維症の比較。トランスジェニックラットの心筋線維化は、通常のラットのそれよりもはるかに低かった。画像出典: 文書2

アンジオテンシン注射後のトランスジェニックラットと正常ラットの腎線維症の比較。トランスジェニックラットの腎線維症は、通常のラットのそれよりもはるかに低かった。画像出典: 文書2

これは、高血圧に対処するためのキリンの独自の進化的適応性を与えているのが FGFRL1 であることを示しています。

これを見ると、この遺伝子を移植することで人間が高血圧と闘えるのではないかと疑問に思うかもしれません。もちろんそんなに早くはありません。まず、人間の遺伝子を改変することは非倫理的かつ危険です。一方、遺伝子を移すだけで突然変異が起こり、それが良い突然変異であるならば、人類はとっくの昔にキリン人間を誕生させていたはずだが…そう単純な話ではない。

マーベルユニバースには本当にキリン男（悪役）がいる。彼は一度しか登場しておらず、彼のスーパーパワーは公表されていませんが、高血圧と戦うことができるはずです...

参考文献:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1095643309010629

https://advances.sciencemag.org/content/7/12/eabe9459

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13274413/

https://www.who.int/features/qa/82/zh/

https://marvel.fandom.com/wiki/Giraffe-Man_(Earth-616)