嗅覚受容体遺伝子の比較が明らかにした霊長類嗅覚系の退化の要因
— 目・鼻の形態変化、果実食から葉食への食性の変化 —

解析の結果、霊長類の中でも鼻腔の曲がったサル（曲鼻猿類）は鼻腔の真っすぐなサル（直鼻猿類）の約2倍のOR遺伝子を持つことがわかりました。また、対象とした24種の霊長類は目や鼻の形態、活動パターン（夜行性・昼行性）、色覚系、食性などが多岐に渡りますが、統計的な解析を行ったところ、鼻の形態と食性の違いが種によるOR遺伝子数の違いを有意に説明できることがわかりました。特に、葉をたくさん摂取する食性のサルほどOR遺伝子数が少ない傾向が見られました。一方、活動パターンや色覚系の違いはOR遺伝子数の違いにほとんど影響をおよぼさないことも示されました。また、霊長類の進化過程におけるOR遺伝子の消失速度を推定した結果、目と鼻の解剖学的な構造が大きく変化した直鼻猿類の共通祖先と、果実食から葉食へと食性が変化したコロブス類の共通祖先において、OR遺伝子の消失速度が速まったことが示されました。さらに、私たちヒトや類人猿では他の霊長類に比べてOR遺伝子の消失速度が速まっていることもわかりました。本研究は、ヒトの嗅覚系がどのように進化してきたかを理解する上で重要です。

図　霊長類の進化過程においてOR遺伝子の消失速度が速まった系統：(A)直鼻猿類の共通祖先、(B)コロブス類の共通祖先、(C)ホミノイド（ヒトと類人猿）の各系統。Aでは目・鼻の解剖学的な構造変化により嗅覚依存から視覚依存への移行が起き、Bでは果実食から葉食への食性の変化が起きた。CでOR遺伝子の消失速度が速まった原因はよく分からない。カッコ内に、それぞれの種または各グループに含まれる種のもつOR遺伝子数を示す。種名またはグループ名の左側に、系統関係を示した。霊長類の各グループに対応する三角形は、現存する種の数に比例するように描かれている。 （拡大画像↗）

匂いの認識は、鼻腔の嗅上皮にある嗅覚受容体（olfactory receptor：OR）（注１）に空気中の匂い分子が結合することにより始まります。これまでに調べられた哺乳類の多くは800~1200個のOR遺伝子を持つのに対し、ヒトやチンパンジー、ニホンザルではその数は300~400個です。それぞれの生物種が持つOR遺伝子の数は、その種の匂いの嗅ぎ分け能力を反映していると考えられます。私たちヒトを含む霊長類でOR遺伝子数が減少したのは、霊長類が視覚に依存した動物であり、嗅覚にはあまり依存していないことの証拠だと考えられてきました。しかし、霊長類の進化過程において嗅覚系の退化がいつどのようにして起きたかはよくわかっていません。そこで本研究では、目や鼻の形態、活動パターン（夜行性・昼行性）、色覚系、食性などが多様な24種の霊長類について、ゲノムにコードされているOR遺伝子の比較により、その退化のシナリオを明らかにしました。
　　霊長類は鼻の形態により曲鼻猿類と直鼻猿類（注２）の2つのグループに分けられます。解析の結果、曲鼻猿類は直鼻猿類の約2倍に相当する680~820個のOR遺伝子を持つことがわかりました（図）。一方、コロブス類（注３）でOR遺伝子数が最も少なく、その数は約200個でした。つまり、サルの中にも、鼻の利くサルと鼻の利かないサルがいるのです。次に、系統関係を考慮した統計的な解析を行い、OR遺伝子数の種ごとの違いを説明する要因を探索しました。その結果、鼻の形態の違いを統計的に除去すると、活動パターンと色覚系の違いはOR遺伝子数を有意に説明しないことがわかりました。つまり、夜行性のサルがより鼻が利くということはないし、色がよく見えるからといって鼻が利かなくなるというわけでもありません。一方、食性の違いはOR遺伝子数を有意に説明していました。餌に占める葉の割合が大きいほど、また、果物の割合が小さいほど、OR遺伝子数が少ない傾向がありました。
　　次に、個々のOR遺伝子を進化的に追跡することによって、霊長類の進化過程においてOR遺伝子がどのくらいの速さで失われたかを調べました。その結果、直鼻猿類の共通祖先の系統でOR遺伝子の大規模な消失が起きたことが示されました（図）。この系統では、網膜裏の反射板であるタペータム（注４）が失われるとともに、網膜に中心窩（ちゅうしんか）（注５）が形成され、高精度の視覚が実現したことが知られています。直鼻猿類の共通祖先の系統では、数百万年という比較的短い時間に嗅覚依存から視覚依存への移行が起きたと考えられており、OR遺伝子の大規模な消失もその過程の一環と考えられます。
　　霊長類の進化過程においてOR遺伝子の消失速度が最も速かったのは、コロブス類の共通祖先の系統でした（図）。ニホンザルなどのオナガザル類は、果物を主な餌とするのに対し、コロブス類では主に葉を餌とします。コロブス類は、ウシのような反芻胃を持ち、胃の中の共生細菌の働きによりセルロースを消化することができます。そのため、固い葉や種子など、他のサルが食べられないものも餌とすることができます。果物を食べるサルにとっては匂いの情報は重要です。熟した果実は糖分を多く含み、特有の香りを発します。この香りは栄養分のシグナルであり、多くのサルは果実が熟したかどうかを判断するために匂い嗅ぎ行動（スニッフィング）を行います。一方、植物の側にとっては、サルに果実を食べてもらい、種を散布してもらうことが必要です。そのため、熟した果実の発する香りとそれを食べるサルの嗅覚は共進化したと考えられます。実際、果実を主な餌とするクモザルでは、熟した果実の香りの主成分に対する感度がラットやイヌに比べて高いことが報告されています。それに対し、葉を食べるためには匂い情報はあまり重要ではなく、コロブス類の一種であるテングザルが餌の葉をどのように選ぶかを調べた研究では、近くにたくさんある葉を食べるだけで、特にえり好みはしないことが報告されています。
　　本研究から、果実食から葉食への食性の変化が、霊長類の進化過程においてOR遺伝子の大規模な消失をもたらした主要な要因であることが示されました。私たちヒトは火を用いて調理を行い、哺乳類の中で最も豊かな食性を持ちます。またヒトや類人猿では、それぞれの種への進化過程でOR遺伝子の消失速度が速まっていることも示されました（図）。以上のことから、本研究の成果は、ヒトの嗅覚系がどのように進化してきたかを理解する上で重要な示唆を与えるものです。
　　 本研究は、国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）のERATO東原化学感覚シグナルプロジェクトの研究の一環として行われました。本プロジェクトでは、匂い・フェロモン・味などの化学感覚シグナルがどのようにして情動や行動に至るか、そのメカニズムを分子レベルで解き明かし、「医療」や「健康」、「食」といった産業展開に繋がる成果の蓄積を目指しています。