脊椎動物の四肢の発生，形態，その進化

脊椎動物の四肢の発生，形態，その進化
発生学から探る四肢の起源と多様性
米井小百合 ・田村宏治
脊椎動物の進化を理解するうえで，発生学の成果があげてきた貢献は少なくない．さま
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ざまな形態が進化するときに，どのような遺伝子の変化が生じ，さらにそれが発生過程に
どのような変化をもたらすかを解明することが，形の進化を理解する良い手がかりになる
からである．四肢は，脊椎動物固有の運動器官であり，外側からその形態が見やすいこと，
さらに骨格系という，化石として保存されやすい組織をもつことなどから，しばしばこの
分野に登場する．本稿では，最新の知見とさまざまな角度からの視点をもとに四肢の多様
性の進化について考察する．
【四 肢 】 【
対 鰭 】 【発 生 】 【進 化 】
は じめ に
数 億 年 前 に初 め て 陸 へ 上 が っ た 陸 生 脊 椎 動
胚 の 外 側 に 向 か っ て 伸 長 す る が ， そ れ と同 時 に基 部 側
物 の祖 先 は ， そ れ まで 水 中 を 泳 ぐた め に 使 っ て い た 腹
（
肩 ・腰 の 側 ） か ら間 充 織 の 軟 骨 分 化 が 始 ま る． 軟 骨
側 面 の2対
（
胸 鰭 と腹 鰭 ） を ， 陸 上 を這 っ て 移 動
（の ち に骨 化 して 硬 骨 とな る） は ， もっ と も基 部 側 に は
す る た め に使 い は じめ た ． 四 肢 動 物 の誕 生 で あ る ． そ
1本 形 成 さ れ （
前 肢 で は 上 腕 骨 ， 後 肢 で は 大 腿 骨 ）， 次
の 後 ， 四 肢 は周 囲 の 環 境 に適 応 して 形 態 を さ ま ざ ま に
に は2本
変 化 させ ， 鳥 は 翼 （前 肢 ）を使 っ て 大 空 へ と飛 び立 ち，
形 成 さ れ る指 の 骨 の 数 は動 物 種 に よ っ て さ ま ざ ま で あ
わ れ わ れ ヒ トは 手 （前 肢 ）を使 っ て さ ま ざ ま な 道 具 を，
るが ，5本 の もの が 多 い ． 四 肢 の形 態 が多 様 で あ るの に
そ し て 文 明 を進 歩 さ せ た ． イ ル カ の よ う に海 に戻 っ て
も か か わ ら ず ， この よ う な 四 肢 の 軟 骨 パ タ ー ン とそ の
四 肢 を 再 び鰭 状 に 変 化 さ せ た 動 物 も い る し， ヘ ビ の よ
形 成 過 程 は 陸 生 脊 椎 動 物 に基 本 的 に 共 通 で あ る．
一方で
， 海 に残 っ た 脊 椎 動 物 で あ る魚 類 も， 四 肢 と
の鰭
う にそ の 四 肢 を完 全 に退 化 させ て し ま った もの もい る．
こ の よ う に 枚 挙 に 暇 が な い ほ ど に さ ま ざ まな 形 態 を
形成 され る（
擁 骨 と尺 骨 ， 脛 骨 と腓 骨 ）． 次 に
相 同 の 器 官 で あ る2対
の対鰭
（
胸 鰭 と腹 鰭 ） を もっ て
もつ 四 肢 で あ る が ， ひ とた び 発 生 の 過 程 に 目 を 向 け る
い る．現 生 の硬骨 魚類 の大部 分 を占め る真骨 魚類 の胸
と， そ の 過 程 は驚 くほ ど よ く似 て い る こ とに 気 が つ く．
鰭 と腹 鰭 は， 基 部 に 四肢 と同 様 に側 板 中胚 葉 由 来 の 骨
す べ て の 肢 を もつ （
肢 が 二 次 的 に退 化 して い な い ） 脊
を もつ が ， そ の パ タ ー ン は必 ず し も陸 生 脊 椎 動 物 の 四
椎 動 物 に お い て， 四 肢 の 原 基 で あ る肢 芽 は側 板 中胚 葉
肢 の骨 パ タ ー ン と は一 致 し な い ． ま た ， これ らの 鰭 に
由 来 の 間 充 織 とそ れ を包 む 外 胚 葉 性 の上 皮 か らな り， 胚
は 四肢 に は な い 鰭 条 と よ ば れ る 外 骨 格 系 の 骨 が 形 成 さ
の 胴 部 に2対
れ る ． そ れ に も か か わ らず ， この2対
Sayuri
Institute,
の突 起 状 の構 造 と し て 現 わ れ る ． 肢 芽 は
Yonei-Tamura，Koji
Graduate
ac. jp
Development and Evolutionary
570
Tamura，
東北大学大学院理学研究科生物 学教室
School of Science, Tohoku
University, Aoba-ku,
Origin of Vertebrate Limb
（〒980−8578仙
Sendai 980-8578, Japan]
の鰭 の発 生 過 程
台 市 青 葉 区荒 巻 字 青 葉 ） ［Biological
E-mail
[email protected].
Ⅰ
脊椎動物の四肢 の発生， 形態，その進化
23
仮 説 は ， 鯉 が 変 化 して対 鰭 が 形 成 され た とす る もの で ，
鯉 弓 と肺 魚 の鰭 の 骨 格 の 類 似 性 に根 拠 を置 いて い る． し
か し， 発 生 過 程 で 鯉 と対 鰭 の 由 来 が ま っ た く異 な る な
ど， 発 生 学 的 あ る い は形 態 学 的 な 考 察 に よ っ て こ の 説
は現 在 で は否 定 され て い る．
現 存 す る 魚 類 の う ち ， 無 顎 類 は対 鰭 を ま っ た く もた
な いが ， 有 顎 魚 類 は （
二 次 的 に 退 化 した もの を除 くと）
す べ て，2対 の 対 鰭 を もっ て い る． しか し， 化 石 魚 類 に
さか の ぼ っ て み る と， 対 鰭 の 数 は 常 に2対
で は な い ． た と え ば ， 無 顎 類 の1グ
類 の な か に は1対
だ ったわ け
ル ー プ で あ る 甲皮
だ け対 鰭 を も つ も の も あ っ た し （図
1a） ， 化 石 有 顎 魚 類 の棘 魚 類 に は， その 名 の とお り， 棘
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状 の 対 鰭 が 複 数 あ り， な か に は7対
図1化
（a）無 顎 類 （欠 甲 目 ）の仲 間 ．1対 の長 い対 鰭 を も つ． （文 献15を
改変）
（b）棘 魚 類 （ク リマ チ ウ ス 目） の 仲 間 ．7対 の 対 鰭 を も
つ． （
文 献15を 改 変 ） （c）鰭 ヒ ダ説 の模 式 図 ． 進 化 段 階 が 初 期
の 魚 は腹 側 面 に1対
の 長 い 鰭 ヒ ダ を も っ て いた が
む と鰭 ヒダの 中 央 部 が 欠 失 して 胸 鰭 と腹 鰭 の2対
献16を
の対鰭 を もつ もの
石 魚 類 の 形 態 と鰭 ヒ ダ 説
もあっ た （
図1b） ． この 棘 状 の 鰭 の う ち の2対
が胸鰭
と腹 鰭 の祖 先 型 で あ る とす る 考 え も あ る が ， そ れ を支
持 す る証 拠 は な い ． また ， こ の よ う に か つ て は い ろ い
進化段階が進
に分 か れ た． （
文
ろ な 数 の 対 鰭 を も った 魚 が 平 行 進 化 し た が ， そ の う ち
2対 の鰭 を もつ もの だ けが 偶 然 ， 生 き残 った の だ とす る
改変）
説 も あ る．
は 陸 生 脊 椎 動 物 の 四 肢 の 発 生 過 程 と多 くの 共 通 点 を も
し か し， 現 在 最 も広 く知 ら れ ， 受 け入 れ ら れ て い る
っ こ とが ， 形 態 観 察 や 近 年 の 分 子 レ ベ ル で の研 究 に よ
仮 説 は 鰭 ヒ ダ説
っ て 明 らか とな っ て き て い る ．
魚 類 に は 対 鰭 の ほ か に正 中 鰭 と総 称 され る鰭 が あ り， 背
で は ， これ ら の 脊 椎 動 物 の 四 肢 や 対 鰭 は ど の よ う に
（finfold theory）
で あろ う （
図1c） ．
鰭 と尾 鰭 と尻 鰭 が そ れ に あ た る ． これ ら の 鰭 の 発 生 過
進 化 し た の だ ろ う か ． 多 くの 脊 椎 動 物 で 四 肢 や鰭 が 共
程 を見 る と， は じ め こ れ ら の 鰭 は1枚
の連 続 した ヒ ダ
通 の 発 生 様 式 を も っ て 形 成 さ れ る とい う事 実 は ， そ れ
状 の 鰭 と して 幼 魚 に 形 成 さ れ ， 成 魚 に な る過 程 で そ れ
が 遠 い脊 椎 動 物 の祖 先 か ら受 け 継 が れ て きた こ と を 物
ぞ れ が 分 離 し て ， 背 鰭 と尾 鰭 と尻 鰭 に な る． 鰭 ヒ ダ 説
語 る．脊 椎動物 の四肢 や対 鰭 が現在 の形 に進化 す る過
は ， 対 鰭 が こ の 正 中 鰭 の 発 生 過 程 と類 似 した 過 程 を 経
程 で ， 何 を獲 得 し， 何 を失 っ た の か ． 鰭 と四 肢 を分 け
て進 化 した の で は な い か とす る仮 説 で あ る． つ ま り， こ
る もの は 何 な の か ． 過 去 に 起 こ った 進 化 の 過 程 を本 当
の仮 説 は 「初 期 の 進 化 段 階 に あ る魚 類 に は ， 腹 側 面 に
の 意 味 で知 る こ とは 不 可 能 で あ るに して も， 太 古 か ら，
沿 っ て1対
少 し ず つ変 化 を 加 え な が ら連 綿 と く り返 さ れ て きた 発
と， そ の 鰭 ヒダ の 中 央 が 切 れ て分 離 した 鰭 とな っ た」 と
生 の 過 程 の な か に そ の ヒ ン トが 隠 され て い る に違 い な
す る説 で あ る． 絶 滅 し た 無 顎 類 の 化 石 に長 い 鰭 ヒ ダ と
い ． な ぜ な ら成 体 の 最 終 的 な 形 態 は， 発 生 の 過 程 で 形
よ く似 た 構 造 が 見 つ か っ た こ とや ， 脊 椎 動 物 に最 も近
づ く られ るか らで あ る ．
い無 脊 椎 動 物 の一 種 で あ る ナ メ ク ジ ウ オ の腹 側 面 に腹
の 長 い ヒダ 状 の 鰭 が あ り， 進 化 段 階 が 進 む
セ キ と よ ば れ る長 い 隆 条 が 見 ら れ る こ と， さ ら に 軟 骨
魚 類 の 胸 鰭 と腹 鰭 の 発 生 に お い て ， 鰭 が 隆 起 す るの と
同 時 に わ き腹 も一 時 的 に 隆 起 す る こ と， な どが この 説
の対鰭
の 根 拠 に な っ て い る． ま た ， これ ま で この 説 は， そ れ
か ら進 化 した が ， 対 鰭 が い つ ご ろ どの よ う に し て 形 成
を支 持 す る よ う な 化 石 が 少 な い こ とが 常 に 問題 とな っ
前 述 の よ う に ， 四 肢 は 胸 鰭 と腹 鰭 とい う2対
さ れ た の か に つ い て は， こ れ ま で に い くつ か の 仮 説 が
て い た が ， ご く最 近 ， カ ン ブ リア 期 の 原 始 的 な 無 顎 類
提 唱 さ れ て い る も の の ， い ず れ も決 定 的 な証 拠 は あ が
と思 わ れ る2種
っ て い な い ． お そ ら く対 鰭 の 起 源 に つ い て の 最 も古 い
こ とが 報 告 され た1)． これ らの 化 石 の 系 統 関 係 な どか ら，
の 化 石 が 鰭 ヒダ 状 の1対
の対鰭 を もつ
571
Ⅱ
24
蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol．45No.4（2000)
れ る． 移 植 実 験 な ど の 実 験 形 態 学 的 な 手 法 を用 い た 研
究 か ら， 初 め に 肢 芽 と し て の 性 質 を獲 得 す る の は 間 充
織 で あ る こ とが わ か っ て い る． 肢 芽 が 膨 らみ は じ め て
ま もな く， 肢 芽 間 充 織 は そ れ を 覆 う上 皮 に 外 胚 葉 性 頂
堤
（apical ectodermal
ridge；AER）
構 造 を 誘 導 す る．AERは
形 成 に 必 須 の 構 造 で あ り，AERが
芽 間 充 織 とAERは
とよ ば れ る肥 厚
肢 芽 の 伸 長 と軟 骨 パ ター ンの
形 成 され た の ち， 肢
相 互 作 用 しな が ら， 肢 芽 は伸 長 す
る．
筆 者 ら は， 繊 維 芽 細 胞 増 殖 因 子 （FGF） フ ァ ミ リー
に属 す る分 子 で あ るFGF7とFGF10が
外 胚 葉 性 上 皮 にAERを
肢芽 発生初 期の
誘 導 す る能 力 が あ る こと を見 い
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だ し た2)．移 植 実 験 や 上 皮 の 単 独 培 養 の 実 験 結 果 は，
FGF7／10が
上 皮 に直 接 作 用 してAERを
こ とを 示 し て い る． ま た ，FGF7を
誘 導 して い る
染 み 込 ませ た ビー ズ
を わ き 腹 に移 植 す る と， わ き腹 に過 剰 なAERが
き る が ， そ の と きのAERは
誘 導で
必 ず 正 常 な 肢 芽 のAERの
延 長 線 上 ， す な わ ち胚 の 背 腹 境 界 に誘 導 さ れ ， そ れ 以
外 の 側 板 や 体 節 の 上 に は誘 導 さ れ な か った ． ま た ， 驚
くべ き こ とに，FGF7／10は
胚 の背 中 （
背 側 の正 中 線 上 ），
神 経 管 の 真 上 に あ る 上 皮 に もAERを
図2背
中 のAERと
（a）背 中 にFGF7ビ
エ ンゼル の 翼
ーズ を移植 して24時
間 後 のfgf8の 発 現AER
a）． し か も，AERは
誘 導 で きた （
図2
背 中 の ど こ にで も誘 導 され る わ け
マ ー カ ーで あ るfgf8の 発 現 が 背 中 にも誘 導 され る （矢 印 ）． （b）背
で は な く，AERが
中 に 予 定 前 肢 芽 領 域 の 側 板 中 胚 葉 を移 植 した 結 果 ， 形 成 され たエ
ンゼ ル の 翼 （矢 印 ）． （c，d）背 中のAERの
切 片．神経冠細胞のマ
ー カ ー で あ るHNK−1抗 体 で 染 め る と， 背 中 のAER直
下に神経冠
ろ （10体 節 レ ベ ル か ら尻 尾 まで ） に限 られ て い た ． つ
細 胞 が 集 ま って い るの が 観 察 され る （d）
． （e）ニ ワ トリ胚 に お い
き腹 の 背 腹 境 界 の 上 皮 ”と"胴 部 の 背 中 の 上 皮 ”の2つ
てAER誘
と い う こ と に な る （図2e） ．
導 に対 して 高 い反 応 能 が あ る領 域 を 濃 灰 色 の太 線 で示 し
た ． こ の領 域 は図1cで
示 した 進 化 初 期 の 魚 類 の 鰭 ヒ ダが あ る領 域
と ほぼ 一 致 す る．
ま り，FGF7／10に
誘 導 され る領 域 は首 の 中 央 部 か ら後
よ ってAERが
しか し ，FGF7／10は
誘 導 され る領 域 は"わ
背 中 にAERを
誘 導 して も， 肢
芽 を誘 導 す る こ と は な か っ た ． そ れ は ， 肢 芽 の も う一
脊 椎 動 物 に共 通 の祖 先 は こ の よ うな 鰭 ヒ ダ を も っ て い
つ の 構 成 組 織 で あ る肢 芽 間 充 織 が このAERの
下 に は欠
た と推 測 す る こ とが で き， 鰭 ヒ ダ 説 は 化 石 の う えで も
け て い る か らで は な い か と考 え られ る． 実 際 ， 背 中 の
新 た な有 力 な 証 拠 を得 た と考 え られ る． さ ら に ， 次 節
上 皮 と神 経 管 の 間 に発 生 初 期 の 肢 芽 間 充 織 だ け を移 植
で 述 べ る よ う に， ニ ワ ト リ胚 を 用 い た 発 生 学 研 究 か ら
して も， 発 生 初 期 の 肢 芽 間 充 織 はAER誘
筆 者 ら が 得 た 結 果 も また ， この 仮 説 を支 持 し て い る ．
い る の で 背 中 の 上 皮 に はFGF7／10を
にAERが
導 能 を もって
加 えた と き と同 様
誘 導 され る． この 場 合 に は誘 導 され たAER
の下 に は 肢 芽 間 充 織 が 存 在 す るの で ， そ れ らが 肢 芽 を
形 成 して 立 派 な 軟 骨 パ タ ー ン を もっ た 過 剰 な 肢 が 背 中
1．AERの
誘 導 とFGF7/10
肢 芽 は 中胚 葉 性 の 間 充 織 と そ れ を 覆 う外 胚 葉 性 の 上
皮 か ら な る構 造 で あ る． 肢 芽 が 胚 に 形 成 さ れ は じめ る
時 期 は 種 に よ っ て さ ま ざ まで あ る が ， ニ ワ ト リ胚 で は
艀 卵 開 始 後2日
572
半 程 度 で初 め て 肢 芽 の膨 らみ が 観 察 さ
か ら形 成 さ れ る ． この 背 中 に形 成 さ れ た 新 た な 翼
（
前
肢 ） を ， 筆 者 ら は エ ンゼ ル の 翼 とよ ん で い る （図2b） ．
25
脊椎動物の四肢の発生，形態，その進化
2．
エンゼ ルの 翼 とサカ ナの 鰭
っ て い る． こ の 鰭 上 皮 は 神 経 冠 細 胞 か らの 誘 導 に よ っ
A．
エンゼ ルの 翼か サ カナ の鰭 か
て鰭 上 皮 と し て 特 殊 化 され ， 今 度 は 逆 に 神 経 冠 細 胞 を
肢 芽間 充 織 を移 植 した と き に背 中 に形 成 さ れ る肢 芽
背 中 のAERは
うい う意 味 で は エ ンゼ ル の翼 とは少 し異 な る． しか し，
FGF7で
この 過 剰 な 翼 が ， 腹 で も頭 で も な く， ほ か で も な い 背
経 冠 細 胞 の 分 布 を調 べ て み る と， 背 中 のAERの
中 に 生 え て き た こ と に 何 か 意 味 が あ る の だ ろ うか ．
神 経 冠 細 胞 が 集 ま っ て い る の が 観 察 され た （図2c，d） ．
AER形
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誘 引 す る活 性 を もつ よ う に な る4）
． で は， ニ ワ トリ胚 の
は ， いわ ば片 翼 で あ り左 右 が 揃 っ て い ない の だか ら， そ
成 能 の領 域 特 異 性 は ， 胴 部 の"背 腹 境 界 の 上
神 経 冠 細 胞 を誘 引 す るのだ ろ うか
背 中 にAERを
実 際，
誘 導 した ニ ワ トリ胚 にお け る神
た だ し， この 場 合 に はAERの
下 にも
下 に集 まった 神 経 冠 細 胞
皮 ” と"背 中 の 上 皮 ” に何 ら か の 共 通 性 が あ る こ と を
が 肢 芽 の 間 充 織 の よ う に軟 骨 を形 成 す る こ と もな け れ
示 して い る ． そ し て 筆 者 ら は そ の 共 通 性 が ， か つ て そ
ば， 鰭 の 問 充 織 の よ う に ふ る ま っ て鰭 状 の構 造 を つ く
れ らの 領 域 す べ て に"付 属 肢 （appendage；
る こ と もな い ． しか し魚 類 の 背 鰭 にAER様
鰭 や四肢 ）
の構 造 が見
を つ くる能 力 ” が あ っ た こ と に起 因 して い る とい う可
られ る こ とや ， そ こ に 集 ま る 神 経 冠 由 来 の 問 充 織 の こ
能 性 を考 え て い る． つ ま り， 現 存 す る ニ ワ ト リの 背 中
と を考 え る と， ニ ワ トリ胚 の 背 中 のAERが
や わ き腹 に は付 属 肢 は存 在 し な い が ， 遠 い 遠 い ニ ワ ト
跡 で あ り， 神 経 冠 細 胞 は鰭 を 形 成 し て い た 名 残 と し て
リの 祖 先 は そ こ に付 属 肢 を も っ て い た の で はな い か， と
AERの
い う こ と で あ る ． ニ ワ ト リを 含 む 陸 生 脊 椎 動 物 の 祖 先
な い ． 仮 に そ れ が 正 しい とす れ ば ， ニ ワ ト リ胚 の胴 部
は 魚 類 で あ り， 魚 類 の 背 側 の 正 中線 に は 正 中 鰭 が 存 在
の 神 経 冠 細 胞 は 間 充 織 組 織 に な る能 力 を す で に 失 っ て
正 中 鰭 の痕
下 に集 ま っ た とす る 考 え もそ れ ほ ど不 自 然 で は
す る． お そ ら く陸 へ 上 が っ た 最 初 の 脊 椎 動 物 で あ ろ う
し ま っ て い る た め に ， ニ ワ ト リ胚 の 背 中 に鰭 が 形 成 さ
両 生 類 も， 水 中 で 過 ごす 幼 生 の うち は正 中鰭 を も っ て
れ る こ とが な い の だ ろ う． ニ ワ ト リ胚 に お い て も頭 部
い る． ニ ワ トリ胚 の 背 中 のAER形
成 能 が 正 中鰭 を形 成
の 神 経 冠 細 胞 は 鯛 弓 骨 格 系 な どの 間 充 織 組 織 を つ く る
す る能 力 の 痕 跡 で あ る とい う直 接 の 証 拠 は な い が ， そ
能 力 を もつ ． も し何 ら か の 方 法 で ニ ワ トリ胚 の 胴 部 神
れ を支 持 す る 間 接 的 な 証 拠 は い くつ か あ げ られ る． そ
経 冠 細 胞 が 問 充 織 組 織 を 形 成 す る こ と が で き た ら， そ
の一 つ は， 正 中鰭 と対 鰭
の とき背中 に はエ ンゼ ルの 翼 が生 え るだ ろうか． あ る
（
胸 鰭 と腹 鰭 ）， 四 肢 との発 生
過 程 の 類 似 性 で あ る． と く に上 皮 に 着 目 す る と， 魚 類
い は サ カ ナ の 鰭 が 生 え る だ ろ うか ．
の 正 中 鰭 や 対 鰭 に はAERと
B．
よ く似 た 構 造 が 存 在 す る こ
とが 知 られ て い る． 分 子 レ ベ ル で み て も， 真 骨 魚 類 の
手 足 とわ き腹の 起源
筆 者 らのFGF7／10を
用 い た 実 験 は， 背 中 の上 皮 だ け
ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ に お い て 発 生 中 の 正 中鰭 に形 成 さ れ
で は な くわ き腹 の 背 腹 境 界 の 上 皮 に もAER形
たAER様
の構 造 で は， ニ ワ トリ胚 の 背 中 のAERと
成 能があ
同
る こ と を 示 して い る が ， 上 皮 が もつ この 性 質 は肢 芽 問
発現 す
充 織 組 織 の わ き腹 へ の 移 植 実 験 な どに よ っ て 古 くか ら
る こ と も明 ら か と な っ て い る2,3〉
． さ らに ， 魚 類 や 両 生
知 られ て い た ． また ， 古 くは 両 生 類 胚 の わ き腹 へ の 耳
類 の 正 中 鰭 は 胴 部 に の み 存 在 し， 頭 部 に は 存 在 し な い
胞 の 移 植 ， 比 較 的 最 近 で は ニ ワ トリ胚 の わ き腹 へのFGF
と い う事 実 は ， ニ ワ トリ胚 の 背 中 のAERが10体
ビ ー ズ の移 植 な ど に よ っ て ， わ き腹 に 過 剰 な 肢 が 形 成
じ よ う に，AERの
マ ー カ ー遺 伝 子 で あ るfgf8が
節 レ
ベ ル よ り前 の 正 中 線 上 に は形 成 さ れ な か っ た とい う 実
され る こ と も知 られ て お り， こ れ ら の 実 験 結 果 は す べ
験 結 果 と一 致 し て い る．
て （
発 生 初 期 の ） わ き腹 に は 潜 在 的 に 四 肢 を つ く る能
そ れ で は， ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ の 背 中 に は鰭 が で きて ，
ニ ワ トリの 背 中 に は で き な い の は な ぜ な の か ． 両 生 類
力 が 備 わ っ て い る こ と を示 し て い る．
一方
， 四 肢 とわ き腹 を除 い た 側 板 中胚 葉
（
首 や 尾）
の幼 生 や 魚 類 の 正 中 鰭 は神 経 冠 由 来 の 間 充 織 とそ れ を
は 一 般 的 に 四 肢 を つ くる能 力 が な い と考 え られ て い る．
覆 う上 皮 か ら形 成 され る． 両 生 類 胚 の 正 中鰭 の 上 皮 は，
本 来 な ら 四 肢 を つ く らな い 側 板 中胚 葉 の 中 で ど う し て
構 造 上 はAER様
の肥 厚 上 皮 を もた ない が （
両 生 類 の肢
わ き腹 だ け に 四 肢 をつ くる能 力 が あ る のか につ い て， 四
同 様 の 働 き を もつ領 域 が あ るが ， や は り
肢 の 起 源 に 関 す る仮 説 の 一 つ で あ る鰭 ヒダ 説 を考 え る
芽 に もAERと
明 確 な上 皮 の肥 厚 は 見 ら れ な い ），AERと
同様 の 分 子
マ ー カ ー を もち ， 鰭 の形 成 に 不 可 欠 で あ る こ とが わ か
と それ を説 明 す る こ とが で き る． 鰭 ヒ ダ 説 で は ， 原 始
魚類 の対 鰭 は1対
の長 い ヒダ状 の鰭 （
鰭 ヒ ダ ）で あ り，
573
26
蛋 自 質 核 酸 酵 素 Vol．45No．4（2000）
進 化 の 段 階 が 進 む とそ の鰭 ヒ
ダ の中央 が鰭 を形成 しな くな
り， 鰭 が 前 後 の2対
（
胸鰭 と
腹 鰭 ） に 分 離 す る と考 え て い
る． こ の 説 に従 え ば ， 進 化 の
初 期 段 階 で は わ き腹 に も鰭 が
存 在 し て い た こ と に な り， 現
生 の 脊 椎 動 物 が も つ わ き腹 の
四肢形 成能 力 は この原始 魚類
の 鰭 ヒ ダ に 由 来 し て い る と考
え られ る ． さ らに 付 け 加 えれ
ば ， 筆 者 らの 実 験 が 示 し た 上
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皮 のAER形
成 能 を もつ領 域
と鰭 ヒ ダ説 で 想 定 さ れ る原 始
図3Tbx4／5の
魚 類 の 鰭 ヒダ の あ る領 域 を 照
発現 と四 肢 の ア イデ ンテ ィテ ィー
（a）ニ ワ トリ胚 にお け るTbx4とTbx5の
発 現 ．Tbx5（ 濃 灰 色 ）は 前 肢 芽 に，rbxa（ 淡 灰 色 ） は
ら し合 わ せ る と， そ の 領 域 が
後肢 芽 に 発 現 し てい る ． ［表紙 写 真 参 照 ］
背 中 を 含 め て まっ た く一 致 し
胸 鰭 の 鰭 芽 に発 現 して い る． （c，d）変 態 期 の ゼ ブ ラ フ ィ ッシ ュ に お けるTbx4の
て い る こ と に気 が つ く （
図1c
と 図2eを
（b）ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュの 幼 生 にお け るTbx5の
発現 ，
発現．腹鰭の
鰭 芽 に 発 現 して い る．
比 較 ）． そ もそ も，
肢 芽 が 膨 らみ は じ め る よ り前 の 段 階 で わ き腹 の 領 域 を
の 曲 が り具 合 も異 な る ． この よ う な前 肢 と後 肢 の 形 態
予 定 肢 芽 領 域 か ら切 り離 して 培 養 す る と， わ き腹 と い
の 違 い は ， 程 度 の 差 こそ あ れ す べ て の 動 物 に み られ る
え ど も （FGFな
もの で あ る．
ど を加 え な く て も）肢 芽 を形 成 す る こ
とが で き る ． そ し て ， ニ ワ ト リ胚 の 前 肢 か ら後 肢 に か
最近 ，発 生 の過 程 で手足 の形 態の違 い を生 み出す 鍵
け て の 側 板 中 胚 葉 の 増 殖 を 測 っ た 実 験 に よ る と， 側 板
とな る と思 わ れ る遺 伝 子 が ， 筆 者 ら を含 め た い くつ か
中 胚 葉 か ら四 肢 の 領 域 だ けが 膨 ら み は じ め るの は ， わ
の グル ー プ に よっ て報 告 され た6,7)．その 遺 伝 子 はTbx4，
き腹 と比 べ て 四 肢 の 増 殖 率 が 増 加 す るか らで はな く， む
TbxSと
し ろ わ き腹 の 増 殖 率 が そ れ ま で よ り低 下 す るか らで あ
に 特 異 的 に発 現 して い る （図3a） ． これ らの 遺 伝 子 は
よ ば れ ， そ れ ぞ れ 後 肢 （Tbx4）， 前 肢 （TbxS）
る とい う5）
． これ らの 実 験 は ， わ き腹 は発 生 の初 期 に は
肢 芽 が 膨 ら み は じめ る よ り前 に ， そ れ ぞ れ の 領 域 に 発
四 肢 と同 じ よ うな 性 質 を も っ て い るが ， 発 生 が 進 む に
現 し は じめ る ． ニ ワ ト リ胚 を用 い た 実 験 で は， 本 来 後
つ れ て そ の 性 質 が 抑 制 さ れ る こ と を示 唆 して い る ． そ
肢 に発 現 して い るTbx4を
し て そ れ は 遠 い 昔 ， 脊 椎 動 物 の 進 化 の過 程 の ご く初 期
の 軟 骨 の 分 節 パ タ ー ンが 後 肢 の 分 節 パ タ ー ン を とる よ
段 階 で わ き腹 に肢
う に な っ た り， 本 来 ニ ワ ト リの 前 肢
（
鰭 ） が で き な い よ う に何 らか の 抑
制 が か け られ た こ と を反 映 し て い る の か も しれ な い ．
（
翼） には ない爪
が 指 の 先 に形 成 さ れ た りす る． 逆 に ， 本 来 前 肢 に発 現
して い るTbxSを
Ⅲ.前足と後ろ足を区別するもの
前 肢 に強 制 発 現 させ る と， 指
後 肢 に強 制 発 現 させ る と， 後 肢 が前 肢
の よ う に 羽 に 覆 わ れ る ． い わ ゆ る， 前 肢 ・後 肢 の 形 質
の 転 換 を ひ き起 こす の で あ る．Tbx4とTbxSは
わ れ わ れ ヒ トの 四 肢 は い う まで もな く手 と足 で あ る．
Tボ
ともに
ッ ク ス フ ァ ミ リー に属 す る転 写 調 節 因 子 で あ るが ，
他 の 多 くの 動 物 と 同 じ よ う に ， ヒ トの 手 足 も肢 芽 が 発
マ ウス に お け る遺 伝 子 の マ ッ ピ ン グの 結 果 な どか ら， こ
生 す る初 期 の 段 階 で は， そ の 形 態 は ほ と ん ど 区 別 が つ
れ ら の 遺 伝 子 は も と も と1つ
か な い ． しか し， そ れ が 伸 長 し て 指 が 出 来 上 が る こ ろ
過 程 の あ る時 点 で 遺 伝 子 重 複 を起 こ して 分 離 し， や が
に は ， 手 足 の 形 態 に 明 瞭 な 差 違 が 現 わ れ る ． 手 と足 は
て それ ぞれが 別 の遺伝 子 として機能 す る ように なった
大 まか な 骨 の 数 こ そ 違 わ な い が ， 太 さ も違 え ば ， 関 節
と考 え られ て い る8）
．Tbx4／5が
574
の遺 伝 子 で あ り， 進 化 の
後 肢 と前 肢 で そ れ ぞ れ
Ⅳ
27
脊椎動物の四肢 の発生，形態，その進化
独 自 の形 態 を生 み 出 す の に 必
須 の 分 子 で あ る とす る と， そ
の 分 離 の タ イ ミ ン グ と前 ・後
肢 の形 態の進 化 との関連 が興
味 深 い問題 として浮上 して く
る． 他 の 陸 生 脊 椎 動 物 で あ る
両 生 類 や 哺 乳 類 で もTbx4／5
は後 ・前 肢 に そ れ ぞ れ 特 異 的
に発 現 して い る こ と が す で に
報 告 さ れ て お り，Tbx4／5は
対 鰭 が 四肢 へ と進 化 した 段 階
で はす でに四肢 のア イデ ンテ
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ィテ ィーの決定 に関与 してい
た と考 え られ る．
そ こで 筆 者 ら は さ ら に も う
一 段階 さかの ぼ って
，硬 骨魚
類 の ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ で これ
らの 遺 伝 子 が す で に 分 離 し て
図4四
肢 と対 鰭 の 骨 格 の 比 較
い る の か を 調 べ る た め， そ の
（a）ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ と チ ン パ ン ジ ー の 胸 鰭 と前 肢 の 骨格 ． ゼ ブ ラ フ ィ ッシ ュは 肩 帯 に続 い て
単 離 を試 みた． 四肢 が そ うで
平 行 樟 とよ ば れ る 内 骨 格
あ る よ う に ， 硬 骨 魚類 の胸 鰭
（中 胚 葉 由 来 ） が 鰭 の 基 部 に ご く少数 存 在 す る が ， 鰭 の 大 部 分 の 領 域
は鰭 条 に よ っ て 支 え ら れ て い る ． 一 方 ， チ ンパ ン ジー の 内 骨格 は 肩 帯 か ら， 上腕 骨 ， 尺 骨 と僥
骨 ， 指 の 骨 と続 き， 鰭 条 は な い ． （b）化 石 総 鰭 類
（ユ ー ス テ ノ ブ テ ロ ン ） と原 始 両 生 類
（
イク
と腹 鰭 も そ れ ぞ れ 独 自 の形 態
チ オ ス テ ガ ）の 腹 鰭 と後 肢 の 骨格． 指 の骨 を除 け ば， 両 者 に は明 確 な相 同 性 が 見 られ る． （
文献
を も っ て い る． と く に真 骨 魚
17を 改 変 ）
類 の 腹 鰭 は， 退 化 した り， 前
方 腹 側 に 移 動 して 舵 取 り役 を した り と形 態 分 化 が 著 し
い ． この よ う な胸 鰭 と腹 鰭 の差 違 が 四 肢 動 物 と 同 じ く
Tbx4／5に
よ って 制 御 され うるの か， そ れ とも違 う分 子 ，
機 構 が 働 い て い る の か ． 筆 者 らの 得 た 結 果 は 前 者 を支
1． 鰭 条 か ら指 へ
両 方 と もゼ
これ ま で に も述 べ て きた よ う に， 四 肢 と対 鰭 は 相 同
ブ ラ フ ィ ッ シ ュ に 存 在 し （し た が っ て 硬 骨 魚 類 の 時 点
器 官 で あ り， そ の発 生 過 程 もよ く似 て い る． しか し， 現
で す で にTbx4／5は2つ
存 す る魚 類 の 対 鰭 と陸 生 脊 椎 動 物 の 四 肢 の 形 態 に は大
持 して い た9）
． す な わ ち ，Tbx4とTbxSは
い ），Tbx4は
の 遺 伝 子 に分 離 して い た ら し
後 肢 と相 同 で あ る腹 鰭 に ，TbxSは
相 同 で あ る胸 鰭 に 発 現 し て い た （
図3b∼d）
前肢 と
． 胸 鰭 と腹
き な 隔 た りが あ る ． と く に ， そ の 骨 性 要 素 に 着 目 す る
と， 四 肢 の 骨 は 上 腕 （
大 腿 ） に1本
，前 腕 （
脛 ）に2本
鰭 を も つ 現 生 の 魚 類 の う ち 四 肢 動 物 か ら も っ と も遠 い
あ っ て ， 指 の 骨 が あ る とい う基 本 構 造 を もつ の に対 し，
系 統 関 係 に あ る の は軟 骨 魚 類 で あ る か ら， 軟 骨 魚 類 に
典 型 的 な真 骨 魚 類 の 対 鰭 に は 平 行棹 と よ ば れ る骨 が 鰭
つ い て も同 様 に調 べ る 必 要 が あ る し， さ ら に， 対 鰭 を
の 基 部 に わ ず か に存 在 す る だ け で ， 外 骨 格 系 の 鰭 条 と
もた な い無 顎 類 のTbx4／5の
相 同遺 伝 子 を 調 べ る こ と
よば れ る皮 骨 が 鰭 の 主 要 部 分 を 占 め て い る （
図4a） ． 時
分 離 と胸 鰭 と腹 鰭 の 形 態 分 化 の どち らが
代 をさか のぼ って， 四肢 動物 に系統 的 に近 い化石総 鰭
先 行 し て起 こ っ た の か ， あ る い は そ れ が 同 時 に起 こ っ
類 の 対 鰭 と原 始 両 生 類 の 四 肢 を比 較 す る と， 基 部 側 の
た 事 象 で あ る の か に つ い て ， さ ら に手 が か りを 得 る こ
骨
とが で き る に 違 い な い ．
脛 骨 ， 腓 骨 ）に 明 ら か な相 同 性 が あ る こ とが わ か る が ，
で ，Tbx4／5の
（前 肢 で は上 腕 骨 と橈 骨 ， 尺 骨 ， 後 肢 で は 大 腿 骨 と
先 端 部 側 で は両 者 の 骨 パ タ ー ン の 比 較 は や は り む ず か
575
28
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.45No.4（2000）
化 す る ． そ し て この対 鰭 の 上 皮 がAERか
らAFへ
変化
す る 時 期 は， 鰭 芽 の な か で 側 板 中胚 葉 由 来 の 軟 骨 が つ
く られ る 時 期 か ら外 骨 格 系 の 鰭 条 を つ くる 時 期 へ と切
り換 わ る時 期 と一 致 す る10）
． この こ とか ら， 鰭 芽 でAER
がAFに
変 わ る とAERと
間充 織 の相互 作 用ができな く
な る た め に ， 真 骨 魚 類 は 対 鰭 の ご く基 部 側 に しか 側 板
中 胚 葉 由 来 の 軟 骨 を 形 成 で き な い と考 え る こ とが で き
る （
一 方 ， 鰭 条 を つ く るた め に はAFが
重 要 なの だ ろ
う）． さ らに ， 四 肢 動 物 の肢 芽 で はAFも
鰭 条 も形 成 さ
れ ず ，AERが
発 生 の比 較 的 後 期 まで存 在 して肢 芽 間 充
織 と相 互 作 用 で き る の で ， 側 板 中 胚 葉 由 来 の 軟 骨 が 発
達 し， 指 も形 成 され う る と考 え ら れ る． 要 は ， ど こ ま
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で の ば せ る か の 違 い と い う こ とで あ る ．
鰭 芽 に は 指 を つ く る間 充 織 が な く， 肢 芽 に な っ て は
じ め て そ の 領 域 が 付 け加 わ っ た とす る考 え はHoxa-11
の 発 現 パ タ ー ン に よ っ て も支 持 さ れ て い る （図5a）11,12）
．
Hoxa-11の
発 現 パ タ ー ン を ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ の鰭 芽 と
マ ウ ス の 肢 芽 で比 較 した と き に ， マ ウ ス で は そ の 発 現
が肢 芽 の ち ょ う ど 中央 あ た り に発 現 し て ， 基 部 や 先 端
部 で は 発 現 し て い な い の に 対 して ， ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ
図5四
肢 と 対 鰭 に お け るHoxの
発現 と指 の 起 源
（a）ゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ の 鰭 芽 とニ ワ トリの 肢 芽 で のHox∂ 一iiと
Hoxd-12（ ゼ ブ ラ フ ィ ッシ ュ〉，Hoxd一11（ ニ ワ トリ）の 発 現 パ タ
ー ン．Hoxa-11とHoxdは
鰭 芽 や 肢 芽 の形 成 初 期 に は互 い に似 た
発 現 パ タ ー ン を示 す が ， ゼ ブラ フ ィ ッ シュ でAERがAFに
切 り換
わ る と， 両 者 の発 現 パ ター ンに 違 いが 生 じる． 発 生 が進 んだ 鰭 芽
で のHoxの
ま で のHoxの
発 現 パ タ ー ンは ， 肢 芽 の 基 部 側 約2／3（ 手 首 あ た り）
発 現 パ ター ン と類 似 して い る． （文 献12を
改 変）
で はHoxa-11は
鰭 芽 の 先 端 半 分 で 発 現 す る． マ ウス の
肢 芽 とゼ ブ ラ フ ィ ッ シ ュ の鰭 芽 でHoxa-11の
発 現 して
い る 領 域 を 相 同 な 領 域 と み な す と， 肢 芽 先 端 部 で
Hoxa-11が
発 現 して い な い よ り先 端 部 の 領 域 は， 対 鰭
が 四 肢 に な る と き に新 た に 加 わ っ た"指
に な る” 領 域
と考 え る こ とが で き る ．
（b）指 の 起 源 に 関 す る仮 説 ． 肺 魚 や 総 鰭 類 で は 中 軸 を 中 心 と して
前 後 に 同様 に枝 が伸 び て い る ． 四 肢 動 物 で は 中 軸 が 手 首 の あ た り
で 前 方 （図 の 左 側 ） に湾 曲 した た め ， 中 軸 の 後 側 の枝 が 指 に な っ
た とされ る ． （
文 献13，17を
改変）
（c）指 の 起 源 に 関 す る新 しい
仮 説 ． 中軸 の湾 曲 は 前端 まで 達 して お ら ず， 前 方 の指 は 中軸 の 前
側 に 由来 す る の か も しれ な い ．
2．
指 の骨 は どこか ら来 たか
化 石 魚 類 の 対 鰭 の 骨 パ タ ー ン と四 肢 の そ れ と を比 較
し た と き に， 指 の 骨 が ど こ に 由 来 す る の か に つ い て は
古 くか ら い くつ か の仮 説 が あ る ． そ の な か で もShubin
し く， 化 石 総 鰭 類 の 対 鰭 の 先 端 部 に は現 存 す る 魚 類 と
の仮 説 は ， い くつ か の 発 生 学 的 な 証 拠 に よ っ て 支 持 さ
同 様 に鰭 条 が 発 達 し て い る の に対 して ， 四 肢 の 先 端 部
れ て お り， 広 く受 け入 れ られ て い る13）
．彼 は，発生 の過
に は 基 部 側 の 骨 と同 じ側 板 中 胚 葉 由 来 の 指 の 骨 が 発 達
程 で 肢 芽 の 軟 骨 凝 集 が 分 岐 し て い く様 式 を 肺 魚 の 鰭 芽
す る （図4b） ．
の もの と比 較 し て ， そ の 類 似 性 な ど を 根 拠 に次 の よ う
この よ う に ， 指 は 対 鰭 が 四 肢 に 進 化 す る過 程 で 鰭 条
に代 わ っ て 発 達 した 構 造 で あ る と思 わ れ る が ， 外 骨 格
に考 え た． 図5bに
示 す よ うに ， 肺 魚 の対 鰭 に は分 節 し
た 骨 か ら な る 中 軸 が あ り， そ こ か ら外 側 に 向 か っ て い
系 の鰭 条 か ら側 板 中 胚 葉 由来 の 指 に 置 き 換 わ る た め の
く つ も の枝 が 中 軸 を境 に 前 方 ， 後 方 に ほ ぼ 鏡 像 対 称 に
鍵 とな っ た の は ど うや らAERと
伸 び て い る． そ れ に 対 し て， 四 肢 で は 指 を つ く る と き
問 充 織 との相 互 作 用 で
あ る ら しい ． 前 述 の よ う に， 発 生 中 の 真 骨 魚 類 の 鰭 に
に肢 芽 の 後 ろ側 が と くに 増 殖 し て 伸 長 す る た め ， 肺 魚
はAER様
の 中 軸 に 当 た る軸 が 手 首
の 構 造 が 形 成 され るが ， この構 造 は鰭 芽 が 伸
長 す る につ れ てapical
576
fold（AF）
と よ ば れ る 形 態 に変
（
足 首 ） の あ た りで 前 方 に湾
曲 す る （この 中軸 は手 首 や 足 首 の 骨 とな る）． そ の 結 果 ，
脊椎動物の四肢の発生，形態 ，その進化
ち ょ う ど肺 魚 の 鰭 の 中 軸 か ら後 ろ側 に 伸 び る枝 と相 同
60∼90％
の 骨 が ， 後 ろ側 で は な く先 端 方 向 に 向 か っ て 伸 び る こ
は 全 部 で3本
と に な り， こ れ が 指 の 原 形 とな る， と い うの が 彼 らの
群 の 発 現 は確 か にZPAあ
仮 説 であ る．
の割 合 で 形 成 され る （
ニ ワ ト リ胚 の 前 肢 の 指
後 ろ側 か ら の 同 心 円 状 の 発 現 領 域 を も つ が ， い ず れ の
で あ る ）14）
． また ， 前 述 したHoxd遺
る い はshhに
伝子
よっ て制 御 され ，
リー ズの遺 伝 子 発 現
遺 伝 子 も将 来 最 も前 側 の 指 に な る領 域 に は発 現 して い
パ タ ー ン も この 仮 説 を支 持 して い る （
図5a）11,12）
． 四肢
な い ． こ れ らの 事 実 は， 前 側 の 指 の ア イ デ ン テ ィ テ ィ
動 物 の 肢 芽 で は ， 肢 芽 が まだ そ れ ほ ど伸 長 し て い な い
ー の 決 定 はZPAに
う ち はHoxd-9∼13は
の 指 は 後 ろ側 の 指 と は独 立 して ア イ デ ン テ ィ テ ィ ー を
発 生 中 の 対 鰭 と四 肢 で のHoxdシ
（zone of polarizing
肢 芽 後 端 部 の極 性 化 活 性 帯
activity；ZPA）
を中 心 と して 同
心 円 上 に発 現 して お り， た と えばHoxd-11は
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29
よる 制 御 下 に あ るの で は な く， 前 側
確 立 して い る可 能 性 を示 唆 す る． こ の 前 側 の 指 の 独 自
この 時 期
性 が 何 に 由 来 す る の か は 明 らか で は な い が ， 一 つ の 可
に は 肢 芽 の ほ ぼ 後 ろ半 分 で 発 現 して い る． しか し， 発
能 性 と し て ， 対 鰭 が 四 肢 へ 進 化 す る過 程 で 起 こ っ た と
生 が 進 ん で 肢 芽 の 先 端 部 が 扇 状 に な り， 指 が 形 成 さ れ
さ れ る 中 軸 の 前 側 へ の 湾 曲 が これ ま で い わ れ て い る ほ
る時 期 に な る と， 指 が 形 成 され る先 端 部 だ け はHoxd-
ど極 端 で は な か っ た の で は な い か ， と考 え る こ と もで
11の 発 現 が 前 方 向 に ず っ と広 が る． これ に対 し て ゼ ブ
きる （
図5c） ． こ れ まで の 説 で は 指 は す べ て 湾 曲 し た
ラ フ ィ ッシ ュ で は，Hoxdの
中 軸 の 後 ろ側 の枝 が 変 形 して で きた と考 えて い るが ， 実
発 現 は後 ろ 半 分 に 限 られ て
お り， 発 生 が 進 ん で も そ れ が 前 方 に広 が る こ と は な い ．
際 は 中 軸 の 湾 曲 は 肢 芽 の 前 端 に ま で は達 さ ず ， 前 側 の
この よ うな 四 肢 動 物 のHoxdの
発 現 パ タ ー ン は， 肢 芽 の
指 は 本 来 の 中 軸 よ り も前 側 の 枝 が 変 形 して 形 成 され た
後 ろ側 が 前 方 に 湾 曲 した 結 果 と して 四 肢 の 指 が 形 成 さ
の か も し れ な い ． そ う考 え る と前 側 の指 と後 ろ 側 の 指
れ た とす る上 記 の 仮 説 を 支 持 し て い る． 一 方 ， ゼ ブ ラ
が そ れ ぞ れ 独 自 に そ の ア イ デ ン テ ィ テ ィー を 決 め て い
フ ィ ッ シ ュ で の 発 現 は， 真 骨 魚 類 で は こ の よ う な 中 軸
る と い う こ と も理 に か な っ た こ とで あ る と思 わ れ る ．
の 湾 曲 は起 こ ら な か っ た こ と を示 唆 す る ．
マ ウ ス胚 や ニ ワ ト リ胚 の 肢 芽 の発 生 の 様 子 を 観 察 す
おわ りに
「
個 体 発 生 は系 統 発 生 を くり返 す 」 とい うヘ
る と， 確 か に後 ろ の 指 が も っ と も早 く軟 骨 塊 を つ く り
ッ ケ ル の 有 名 な 言 葉 が あ る が ， そ れ は必 ず し も真 実 で
は じめ ， 一 番 前 側 の 指 は一 番 後 に軟 骨 に 分 化 す る ので ，
は な い と指 摘 す る 科 学 者 は 多 い ． し か し， 動 物 の 形 態
肢 芽 の 軸 が 手 首 の と こ ろ で 前 方 に湾 曲 し た と い う の も
が 発 生 過 程 で つ く ら れ る以 上 ， そ の 形 態 の 進 化 （
変化 ）
も っ と も ら し く感 じ ら れ る． しか し， 四 肢 の す べ て の
は 必 ず 発 生 過 程 に 反 映 さ れ て い る に 違 い な い． そ し て ，
指 が も と も と の 中 軸 の 後 ろ側 に あ っ た 枝 が 変 化 し て 形
こ の よ う な視 点 に 立 つ か ぎ り， 個 体 発 生 の 中 に 進 化 の
成 され た の か とい う と， 必 ず し も そ うで は な い と筆 者
道 筋 を探 る重 要 な ヒ ン トが 隠 さ れ て い る と考 え る の は
ら は考 え て い る ． 自 分 の 手 の 指 を眺 め れ ば 一 目 瞭 然 で
きわ め て 合 理 的 で あ る ． と く に ， 近 年 の 分 子 生 物 学 的
あ るが ， 四 肢 の 指 は そ れ ぞ れ 違 った ア イ デ ン テ ィ テ ィ
手 法 の進 歩 に伴 って発生 にか かわ る さまざ まな遺伝 子
ー を も っ て い て， お も に ニ ワ ト リ胚 を 用 い た 研 究 か ら
が 明 ら か と な り， そ れ らの 遺 伝 子
この 指 の ア イ デ ン テ ィ テ ィ ー は肢 芽 の 後 端 に存 在 す る
ー ド） の 多 くが さ ま ざ まな 動 物 種 に普 遍 的 に存 在 し て
ZPAか
い る こ と， そ し て そ れ が それ ぞ れ の胚 発 生 で 同 様 の 働
ら の シ グ ナ ル に よ っ て 決 定 さ れ る と考 え られ て
い る ．ZPAに
はshh遺
伝 子 が 特 異 的 に発 現 して お り，
さ ま ざ ま な 実 験 か ら，shhがZPAの
Hoxd遺
機能 を担 ってお り
伝 子 群 の発 現 調 節 を介 して指 の アイ デ ン テ ィテ
ィ ー を生 み 出 す と考 え られ て い る． しか し，ZPAあ
（と そ の 分 子 カ ス ケ
き を し て い る こ とが 示 さ れ る に つ れ て ， 分 子 発 生 学 か
ら系 統 進 化 を語 ろ う とす る動 き が 強 ま っ て い る ．
本 稿 で筆 者 らが 述 べ た 四 肢 の 進 化 に か か わ る い くつ
る
か の 発 生 学 的 知 見 も， 基 本 的 に は こ の よ う な近 年 の 分
（
親 指側 ）の指 の アイデ ンテ ィテ ィー
子 発 生 学 の 動 き に呼 応 した もの で あ る． しか し， 分 子
の 決 定 に は か か わ っ て い な い とい う可 能 性 を ， い くつ
発 生 学 は進 化 を 語 る の に必 ず し も万 能 で は な い と い う
か の 実 験 結 果 が 示 唆 して い る． た と え ば ， ニ ワ ト リ胚
こ と を今 こ こで 改 め て 強 調 して お きた い ． た とえ ば， 他
の 前 肢 の肢 芽 か らZPAを
の 多 く の器 官 と同 様 に， シ ョ ウ ジ ョウ バ エ の 脚 と 四 肢
い はshhは
後 ろ側 の2本
前側
含 む後 ろ半 分 を切 り除 く と，
の 指 は形 成 さ れ な い が ， 最 も前 側 の 指 は
動 物 の 肢 に は 多 くの 相 同遺 伝 子 が 類 似 し た 領 域 で 発 現
577
30
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.45No．4（2000）
して お り， そ れ ら が それ ぞ れ の 形 態 形 成 で 同 様 の 分 子
カ ス ケ ー ドを用 い て 働 い て い る こ とが 示 さ れ てい る． そ
5)
6)
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の 類 似 性 は 驚 くべ き ほ どで ， わ れ わ れ は そ れ らが あ た
か も"相 同 器 官 （同 じ祖 先 由 来 の器 官 ）”で あ るか の よ
うな 錯 覚 に 陥 る ． ハ エ の 脚 とわ れ わ れ ヒ トの 肢 が 遠 い
昔 に 同 じ祖 先 の"あ
7)
し” か ら進 化 した と考 え るの は 夢
物 語 と し て は 楽 し い か も しれ な い が ， 化 石 か ら得 られ
8)
る 証 拠 も， 形 態 学 的 な証 拠 も， そ して 古 典 的 な 発 生 学
が 示 す 証 拠 さ え も， こ の よ う な 考 え を （
完全 に否定 す
る に は 至 らな く と も） 支 持 し て い な い こ と は確 か で あ
る ． そ し て ， この よ う な状 況 に あ る と き ， わ れ わ れ は
ハ エ の脚 と ヒ トの 肢 が 相 同 器 官 で あ る可 能 性 は き わ め
9)
10)
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て 低 い と冷 静 に 判 断 し な けれ ば な らな い （も ち ろ ん ， 相
似 器 官 が 同様 の 分 子 カ ス ケ ー ドを使 っ て形 成 され る こ
11)
と に対 す る 議 論 の 意 義 を 否 定 す る もの で は な い ）．
し か し な が ら， わ れ わ れ が 分 子 発 生 学 か ら得 られ る
結 果 の み に 拘 泥 せ ず ， 注 意 深 く研 究 を進 め て い くな ら
ば ， そ れ は 系 統 進 化 を知 る た め の 強 力 な ツ ー ル とな る
12)
13)
14)
15)
に 違 い な く， 発 生 学 は進 化 を探 る う えで 今 後 ます ま す
重 要 な 分 野 と して 位 置 づ け られ て い く と思 わ れ る ．
本 稿 で は ， い くつ か の側 面 を切 り 口 に 四 肢 の 形 態 の
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進 化 と そ の起 源 に つ い て の 考 察 を進 め て き た が ， ま だ
まだ 歯 が ゆ い ほ ど に そ の切 り口 が 鈍 角 で あ る こ と （あ
ま りに も仮 定 が 多 い こ と） に お 気 づ き に な っ た で あ ろ
米井 小百 合
う． しか し， ま だ まだ 浅 い 歴 史 と知 見 で は あ る も の の ，
略 歴 ：1997年
古 くか ら化 石 を も と に語 ら れ て き た 形 態 の 進 化 ・多 様
1997年9月
性 に対 し て 発 生 学 上 の 知 見 か ら ア プ ロ ー チ す る とい う
新 た な 試 み は ， 鈍 い なが ら も少 しず つ進 み つ つ あ る． そ
して そ の よ うな 切 り口 は， 進 化 学 へ の 興 味 だ けで な く，
実 験 を し た 結 果 か ら何 か を考 察 し そ れ を も と に また 次
の 実 験 を す る とい う実 験 発 生 学 の本 質 と も い う べ き面
東 北 大 学 大学 院 理 学研 究科 博 士課 程 修 了．
同 年 よ り， 学 術 振 興 会 特 別 研 究 員 と し て ， 現 在 に 至 る ．
∼1998年2月
Belmonte博
の 四 肢 の 発 生 ． と くに 肢 芽 発 生 初 期 に お け る 四 肢 領 域 の 決
定機 構 に興 味 が あ る．
田村 宏治
略 歴 ：1993年
す る もの で あ る ．
授 ）， 理 学 博 士 ．1994年
東 北 大 学大 学院 博士 課 程 修 了
手 ． こ の 間1997年
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4)
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献
Shu, D.-G. et al. : Nature, 402, 42-46 (1999)
Yonei-Tamura, S., Endo, T., Yajima, H., Ohuchi,
H., Ide, H., Tamura, K. : Dev. Biol., 211, 133-143
(1999)
Furthauer, M., Thisse, C., Thisse, B. : Development, 124, 4253-4264 (1997)
Bodenstein, D. : J. Exp. Zool., 120, 213-245 (1952)
関 心 事 ・抱 負 ：先 入 観 な く発 生 過
程 を観 察 した い．
白 み を も， わ れ わ れ に与 え て くれ る こ と を大 い に 期 待
文
ま で ， ソ ー ク 研 究 所 のIzpisua-
士 の 研 究 室 に 留 学 ． 研 究 テ ー マ ：脊 椎 動 物
Belmonte博
授 ）．
よ り1年
（
井 出 宏 之教
東北 大学大 学院 理学 研究 科助
半 ， 米 国 ソ ー ク研 究 所 （J．C．I-
士 ） に て ボ ス ド ク ．1999年
よ り現 職
関 心 事 ・抱 負 ：発 生 過 程 に お け る"現
（助 教
象 ”そ の も の
を と らえるた めに， 古 典 的 な実験 発 生 学 に固 執 しなが ら ど
こまで近 代 的 な分 子発 生 学 に迫 れ るか， 常 に分 子生 物 学 に
圧 倒 さ れ な が ら もが い て い ます ． で も 焦 らず ， 学 生 諸 君 と
じ っ く り話 し 合 い な が らや っ て い こ う と 思 っ て い ま す ．