環境ＤＮＡ　水の生態調査の革命！｜サイエンスＺＥＲＯ

地球の表面積の約７割は水で覆われています。水中に暮らす生物は数百万種。その種類や生息域は、多くが謎に包まれています。

 

しかし、その謎を明らかにする革新的な技術が生まれました。環境ＤＮＡです。実は水中には、生物の体から出たＤＮＡが存在します。そのＤＮＡを調べることで、そんな生物がどのくらいいるか明らかにすることが出来るのです。

 

 

環境ＤＮＡで絶滅危惧種を発見

２０１５年５月、ニホンウナギを調べるため日本大学のグループによる大規模な調査が行われました。ニホンウナギは漁獲量が減り続け、２年前には絶滅危惧種に指定されています。ニホンウナギはこれまで完全養殖の研究が続けられてきましたが、卵が孵化しても成長するのはごくわずかでした。実は、どのような環境で卵を産み、何を食べて成長するのか詳しい生態が分かっていません。

 

そこで注目されるのが産卵場所です。日本で育ったウナギはある程度成長すると川を下って海へ出ます。そして南へと移動。日本から２５００ｋｍ離れたマリアナ諸島の周辺で産卵すると考えられています。しかし、詳しい位置や環境などは分かっていません。

 

そこで２０１５年、研究チームはマリアナ諸島付近で調査を敢行しました。この時に使われたのが環境ＤＮＡの技術です。

 

研究チームは１４００ｋ㎡の調査エリアを設定。１９ｋｍおきに９つのポイントを作りました。そして、そのポイントごとに深さ１０００ｍまで１００ｍ間隔で水を採取。こうして９０のポイントで採取した水を環境ＤＮＡの技術を使って分析しました。

 

その結果、１つのポイントの水深４００ｍの部分からニホンウナギのＤＮＡが検出されたのです。今後、この地点で産卵環境を調べることで念願だった完全養殖の研究が前進するのではと期待されています。

 

水中のＤＮＡを検出する仕組みとは？

水の中のＤＮＡを調べるためには、特殊な作業が必要です。まず、採取した水からＤＮＡを抽出していきます。しかし、このままではＤＮＡの数が少なすぎて分析できません。そこで使われるのが調べたい生物のＤＮＡを増やすための特殊な試薬です。

 

ＤＮＡは同じ構造を持つ２つの部分が結合しています。そこでまず結合を切断。この切断したＤＮＡに結合するプライマーと呼ばれる短いＤＮＡを加えていきます。すると、不思議なことにＤＮＡが修復。つまり１本だったＤＮＡが２本になるのです。このステップを繰り返すことで目的の生物のＤＮＡを１００万倍にも増やすことが出来ます。こうして、目的のＤＮＡが微量であったとしても検出することが出来るのです。

 

さらに、複数の種類の魚を同時に検出する方法が開発されました。開発したのは千葉県立中央博物館　生態・環境研究部の宮正樹（みやまさき）部長です。これまでの環境ＤＮＡ分析には、大きな弱点がありました。

 

実はＤＮＡを増やすためのプライマーは、それぞれの生物によって全て異なります。つまり、特定の生物のＤＮＡしか増やせなかったのです。そこで、宮さんは多くの種類のＤＮＡを同時に増やす技術を開発しようと考えました。

 

目をつけたのは、全ての魚類に共通するＤＮＡの塩基配列です。そこで、その塩基配列と結合する特殊なプライマーを開発。このプライマーを使うと、まず共通する塩基配列に結合します。その後、ＤＮＡを修復する過程で、それぞれの魚に固有のＤＮＡの部分も修復します。こうして１種類のプライマーであらゆる魚類のＤＮＡを増幅することが可能になったのです。

 

こうして１度に多くの種類の生物を特定する方法を「メタバーコーディング」と言います。メタバーコーディングを使うことで、水を調べればそこにどんな魚がいるかを瞬時に特定することが可能になったのです。

 

環境ＤＮＡでわかる生物の○○○！

京都府舞鶴湾で環境ＤＮＡを使った新たなプロジェクトが始まっています。環境ＤＮＡを使って舞鶴湾のどこにどのくらいマアジが生息しているか、その量を調べようとしています。

 

水槽にマアジを１匹入れると、一定量のＤＮＡを放出します。ここに同じ条件のマアジをもう１匹加えるとＤＮＡの量も倍に増えていきます。このように水中の生物量に対応してＤＮＡの量も増えていく関係があります。その結果をもとに舞鶴湾での実験に取り組んでいます。実験では湾内の４７地点で環境ＤＮＡを使いマアジのＤＮＡの量を測定しました。

 

「サイエンスＺＥＲＯ」
水の生態調査の革命！環境ＤＮＡ