九年前、私は一般的なチンパンジー（Pan troglodytes）のゲノム内のDNA塩基の配列、すなわち”文字”を同定していた国際チームに参加する機会に飛び乗った。 人間の起源に長年の関心を持つ生物統計学者として、私は私たちの最も近い生きている親戚の隣に人間のDNA配列を並べて在庫を取ることを熱望 謙虚な真実が現れた：私たちのDNAの青写真は、彼らとほぼ99パーセント同一です。 つまり、ヒトゲノムを構成する30億文字のうち、ヒトとチンパンジーの系統が分岐してから600万年ほどで変化したのは1500万文字だけで、1％未満です。進化論は、これらの変化の大部分が私たちの生物学にほとんど、あるいはまったく影響を与えなかったと主張しています。

しかし、それらの約15万の拠点のどこかに、私たちを人間にした違いがあります。 私はそれらを見つけることに決めました。 それ以来、私と他の人たちは、チンパンジーから離れて私たちを設定するDNA配列の数を同定する上で食欲をそそる進歩を遂げました。

初期の驚き

ヒトゲノムのわずかな割合を占めているにもかかわらず、何百万もの塩基はまだ検索する広大な領土です。 狩りを容易にするために、私は人間とチンパンジーが共通の祖先から分裂して以来、最も変化したDNAの断片をヒトゲノムをスキャンするコンピュータプ ほとんどのランダムな遺伝的変異は、生物に利益も害もないので、二つの生きている種が共通の祖先を持っていたので、経過した時間の量を反映して安定した速度で蓄積する（この変化率は、しばしば”分子時計の刻々と過ぎている”と言われる）。 対照的に、ゲノムのいくつかの部分におけるその変化率の加速は、生物が生き残り、再現するのを助ける突然変異が将来の世代に渡される可能性が高 言い換えれば、chimp-human split以来最も修正されたコードの部分は、人類を最も形作ったシーケンスです。

2004年、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の大規模なコンピュータクラスター上で実行するために私のプログラムをデバッグし、最適化した数ヶ月後、私は最終的にこれらの急速に進化するシーケンスのランク付けされたリストを含むファイルに終わりました。 私のメンターであるDavid Hausslerが私の肩を傾けて、私はトップヒットを見て、一緒にhuman accelerated region1（HAR1）として知られるようになった118拠点のストレッチを見ました。 Uを使用しています。C.Santa Cruz genome browser,公開データベースからの情報でヒトゲノムに注釈を付ける可視化ツール,私はHAR1にズームインしました. ブラウザは、ヒト、チンパンジー、マウス、ラット、ニワトリのHAR1配列を示した—そのゲノムがそれまでに解読されていた脊椎動物のすべての種。 また、以前の大規模なスクリーニング実験では、ヒト脳細胞の二つのサンプルでHAR1活性が検出されていたことが明らかになりましたが、科学者はまだ 私たちは叫んだ、”素晴らしい！「私たちがHAR1が脳内で活性化している科学に新しい遺伝子の一部であるかもしれないことを見たとき、一斉に。私たちは大当たりをしました。

私たちは大当たりをしました。 ヒトの脳は、他の特徴の中でも、大きさ、組織および複雑さの点でチンパンジーの脳とはかなり異なることがよく知られている。 しかし、人間の脳を離れて設定する特性の根底にある発達と進化のメカニズムはあまり理解されていません。 HAR1は、人間の生物学のこの最も神秘的な側面を照らす可能性を秘めていました。

私たちは、その時間の間に配列決定された12以上の脊椎動物を含む様々な種のゲノムのこの領域を比較することによって、HAR1の進化の歴史につ 人間が来るまで、HAR1は非常にゆっくりと進化したことが判明しました。 3億年前に系統が分岐したニワトリとチンパンジーでは、118の塩基のうち2つだけが異なり、ヒトとチンパンジーの18の違いと比較して、その系統がはるかに最近分岐した。 HAR1が何億年もの間に本質的に凍結されていたという事実は、それが非常に重要なことをしていることを示しており、人間で突然の改訂を受けたことは、この機能が私たちの系統で大幅に変更されたことを示唆している。

脳内のHAR1の機能への重要な手がかりは、ブリュッセル自由大学の私の共同研究者Pierre Vanderhaeghenがサンタクルスへの訪問中に私たちの研究室からhar1コピーのバイアルを取得した後、2005年に浮上しました。 彼はこれらのDNA配列を使用して、HAR1が生きている細胞で活性化されたときに点灯する蛍光分子タグを設計しました。 典型的な遺伝子が細胞内でオンになると、細胞は最初にモバイルメッセンジャー RNAコピーを作成し、次に必要なタンパク質を合成するための鋳型とし ラベリングは、HAR1は、発達中の大脳皮質、しわの最も外側の脳層のパターンとレイアウトに重要な役割を果たしているニューロンのタイプで活性である これらのニューロンで物事がうまくいかないと、結果は、皮質がその特徴的なひだを欠いており、著しく減少した表面積を示すlissencephaly（”滑らかな脳”）として知られている重度の、多くの場合、致命的な、先天性障害である可能性があります。 これらの同じニューロンの機能不全は、成人期の統合失調症の発症にも関連している。

HAR1は、このように健康な皮質の形成に役立つ適切な時期と場所で活性である。 （他の証拠はそれがその上に精液の生産の役割を担うかもしれないことを提案します。）しかし、遺伝コードのこの部分が皮質の発達にどのように影響するかは、私の同僚と私がまだ解決しようとしている謎です。 私たちはそうすることを熱望しています：HAR1の最近の置換のバーストは、私たちの脳を大幅に変えた可能性があります。

顕著な進化の歴史を持つことを超えて、HAR1はタンパク質をコードしないので特別です。 何十年もの間、分子生物学の研究は、細胞の基本的な構成要素であるタンパク質を特定する遺伝子にほぼ独占的に焦点を当てていました。 しかし、私たち自身のゲノムを配列決定したヒトゲノムプロジェクトのおかげで、科学者たちは今、タンパク質コード遺伝子が私たちのDNAのわずか1.5％を構成していることを知っています。 他の98.5パーセント—時にはジャンクDNAと呼ばれる—オンとオフにするときに他の遺伝子を伝える調節配列とタンパク質に翻訳されないRNAをコードする遺伝子だけでなく、科学者が理解し始めている目的を持つDNAの多くが含まれています。

HAR1配列のパターンに基づいて、Har1はRNAをコードすると予測しました。 その後、2006年に実験室の実験によって確認されたサンタクルス。 実際には、ヒトHAR1は二つの重複する遺伝子に存在することが判明しました。 共有されたHAR1配列は、rna遺伝子の六つの既知のクラスに追加し、RNA構造の全く新しいタイプを生じさせます。 これらの6つの主要なグループは、1,000以上の異なるRNA遺伝子ファミリーを含み、それぞれが細胞内のコードされたRNAの構造および機能によって区別され HAR1はまた、陽性選択を受けたように見えるRNAコード配列の最初の文書化された例でもある。

誰も以前にヒトゲノムのこれらの驚くべき118塩基に注意を払っていなかったことは驚くべきことに思えるかもしれません。

しかし、ゲノム全体を容易に比較する技術がない場合、研究者はHAR1が単なるジャンクDNA以上のものであることを知る方法がありませんでした。言語の手がかり

他の種での全ゲノムの比較はまた、人間とチンパンジーがゲノムで非常に似ているにもかかわらず、なぜそれほど異なることがで 過去10年間に、何千もの種（主に微生物）のゲノムが配列決定されています。 Dna置換がゲノム内でどこで起こるのか—全体的に何回変化が起こるのかではなく—大きな問題になる可能性があることが判明しました。 言い換えれば、新しい種を作るためにゲノムの多くを変更する必要はありません。 チンパンジー-人間の祖先から人間を進化させる方法は、分子時計全体の刻々と変化を速めることではありません。 むしろ、その秘密は、それらの変化が生物の機能に重要な違いをもたらす場所で急速な変化を起こすことです。HAR1は確かにそのような場所です。

だから、あまりにも、私が同定し、音声に関与していることが知られている急速に変化する配列の別のものを含むFOXP2遺伝子です。 スピーチにおけるその役割は、遺伝子の変異を持つ人々は、彼らが言語を処理する認知能力を持っているにもかかわらず、通常の人間の音声に必要な特定の微妙な、高速な顔の動きを作ることができないことを2001年に報告したオックスフォード大学の研究者によって発見されました。 典型的なヒト配列は、チンパンジーのものといくつかの違いを示しています: そのタンパク質産物を変化させた二つの塩基置換と、タンパク質が人体内でどのように、いつ、どこで使用されるかに影響を与えるシフトにつながった可能性のある他の多くの置換。2007年、ライプツィヒのマックス-プランク進化人類学研究所の科学者たちは、ネアンデルタール人の化石から抽出されたFOXP2を配列決定し、これらの絶滅した人間が現代の人間版の遺伝子を持っていることを発見し、おそらく私たちがそうであるように発音することを可能にした。 ネアンデルタール人と現代人の系統がいつ分裂したかについての現在の推定値は、FOXP2の新しい形が少なくとも50万年前に出現したに違いないことを示唆している。 しかし、人間の言語を他の種の声のコミュニケーションと区別するもののほとんどは、身体的手段ではなく、脳の大きさと相関する認知能力に由来する。 霊長類は、一般的に自分の体の大きさから予想されるよりも大きな脳を持っています。 しかし、人間の脳の量は、遺伝学の研究者が解明し始めたばかりの成長スパートであるチンパンジー-人間の祖先以来、3倍以上になっています。人間や他の動物の脳の大きさに関連する遺伝子の最もよく研究された例の1つはASPMです。

脳が最大70％減少する小頭症として知られている状態を持つ人々の遺伝的研究は、脳の大きさを制御するASPMと別の遺伝子—CDK5RAP2—の役割を明らかにした。 最近では、シカゴ大学、ミシガン大学、ケンブリッジ大学の研究者は、ASPMが霊長類進化の過程でいくつかの変化のバーストを経験したことを示しています。 それはチンパンジーのそれから分岐し、したがって、潜在的に私たちの大きな脳の進化に尽力したので、これらのバーストの少なくとも一つは、人間の系統

ゲノムの他の部分は、人間の脳の変態にあまり直接的に影響を与えていない可能性があります。

HAR1を同定したコンピュータスキャンはまた、そのほとんどがタンパク質またはRNAをコードしない201の他のヒト加速領域を発見した。 （イングランドのケンブリッジにあるWellcome Trust Sanger Instituteで行われた関連研究では、同じ厳しいものの多くが検出されました。）代わりに、それらはいつオンとオフを切り替えるかを近くの遺伝子に伝える調節配列であるように見えます。 驚くべきことに、HARsの近くに位置する遺伝子の半分以上が脳の発達と機能に関与しています。 そして、FOXP2の真であるように、これらの遺伝子の多くの製品は、他の遺伝子を調節するために行きます。 したがって、HARsはゲノムの微細な部分を構成しているにもかかわらず、これらの領域の変化は、遺伝子のネットワーク全体の活性に影響を与えることに

脳を超えて

多くの遺伝子研究は、私たちの洗練された脳の進化を解明することに焦点を当てていますが、研究者はまた、人間の体の他のユニークな側面がどのようになったかをつなぎ合わせてきました。 HAR2、遺伝子調節領域と私のリスト上の第二の最も加速されたサイトは、ポイントのケースです。 2008年、ローレンス・バークレー国立研究所の研究者らは、ヒト以外の霊長類のバージョンと比較して、ヒトのバージョンのHAR2（HACNS1としても知られている）の特定の塩基の違いは、このDNA配列が胎児の発育中に手首と親指で遺伝子活性を駆動することを可能にすることを示したが、他の霊長類の祖先のバージョンではできないことを示した。 この発見は、複雑な道具を製造して使用するのに必要な器用さを可能にする人間の手の形態学的変化を支える可能性があるため、特に挑発的です。私たちの祖先は、形態の変化を受けることとは別に、変化した状況に適応し、新しい環境に移行するのを助けた行動的および生理学的変化を受けた。

例えば、百万年以上前の火の征服と約10,000年前の農業革命は、澱粉の高い食品をよりアクセス可能にしました。 しかし、文化的な変化だけでは、これらのカロリー豊富なcomestiblesを利用するのに十分ではありませんでした。 私たちの前任者は彼らに遺伝的に適応しなければなりませんでした。

デンプンの消化に関与する酵素である唾液アミラーゼをコードする遺伝子AMY1の変化は、この種のよく知られた適応の一つを構成する。 哺乳類のゲノムにはこの遺伝子の複数のコピーが含まれており、コピーの数は種間で、さらには個々のヒト間でも変化しています。 しかし、全体的に、他の霊長類と比較して、ヒトはAMY1コピーの特に多数を持っています。 2007年にアリゾナ州立大学の遺伝学者はAMY1のより多くのコピーを運んでいる個人がそれによりそれらがより多くの澱粉を消化するようにする彼らの唾液でより多くのアミラーゼを、持っていることを示しました。 したがって、AMY1の進化は、遺伝子のコピー数とそのDNA配列の特定の変化の両方を含むように見える。

食事適応のもう一つの有名な例は、哺乳動物が乳糖としても知られている炭水化物ラクトースを消化することを可能にする酵素であるラクターゼ（LCT） ほとんどの種では、授乳中の乳児だけが乳糖を処理することができます。 しかし、約9,000年前—ごく最近、進化論的には—ヒトゲノムの変化は、成人が乳糖を消化することを可能にするLCTのバージョンを生成した。 変更されたLCTは、家畜から牛乳を消化するためにキャリアを可能にする、ヨーロッパとアフリカの集団で独立して進化しました。 今日、これらの古代の遊牧民の成人の子孫は、アジアやラテンアメリカを含む世界の他の地域の成人よりも、食事中に乳糖を許容する可能性がはるかに高く、その多くは先祖の霊長類の遺伝子を有する結果として乳糖不耐症である。LCTは、現在ヒトで進化していることが知られている唯一の遺伝子ではありません。

Chimpゲノムプロジェクトは、私たちの類人猿の祖先では完全に正常であり、他の哺乳類ではうまく機能するバージョンから離れる過程で15人の他の人を特定しましたが、その古い形では、現代人のアルツハイマー病や癌などの病気に関連しています。 これらの障害のいくつかは、単独で人間を苦しめるか、他の霊長類よりもヒトで高い速度で発生します。 科学者たちは、これらの遺伝子の祖先のバージョンが私たちに不適応になった理由を確立するための試みに関与する遺伝子の機能を研究しています。 これらの研究は、医療従事者が病気を食い止めるのを助けることを期待して、これらの生命を脅かす病気の1つを得る可能性が高い患者を特定す 研究はまた、研究者が新しい治療法を開発するのに役立つかもしれません。

良いと悪いが来る

研究者は、正の選択の証拠のためにヒトゲノムを調べると、トップの候補者は、頻繁に免疫に関与しています。 進化がこれらの遺伝子をそんなにいじくり回すことは驚くべきことではありません: 抗生物質やワクチンがない場合、遺伝子に沿って通過する個人にとって最も可能性の高い障害は、おそらく出産年が終わる前に発症する生命を脅かす感染症であろう。 免疫系の進化をさらに加速させることは、病原体が私たちの防御に絶え間なく適応し、微生物と宿主の間の進化的な軍拡競争につながることです。これらの闘争の記録は私たちのDNAに残されています。

これは私達のゲノムに遺伝物質を挿入することによって存続し、伝播するHIVのようなレトロウイルスのために特に本当です。 人間のDNAには、数百万年前に病気を引き起こし、もはや循環しない可能性のあるウイルスからのこれらの短いレトロウイルスゲノムのコピーが散らばっています。 時間の経過とともに、レトロウイルス配列は、他の配列と同じようにランダム変異を蓄積し、その結果、異なるコピーは類似しているが同一ではない。 これらのコピー間の発散の量を調べることによって、研究者は元のレトロウイルス感染を日付に分子時計技術を使用することができます。 これらの古代の感染症の傷跡は、進化し続けるレトロウイルスと戦うために常に適応する宿主免疫系遺伝子にも見られます。Pterv1はそのような遺物ウイルスの一つです。

Pterv1はそのような遺物ウイルスの一つです。 現代人では、Trim5Aと呼ばれるタンパク質は、Pterv1および関連するレトロウイルスが複製するのを防ぐために働く。 遺伝的証拠は、Pterv1の流行が約四百万年前にアフリカに住んでいる古代のチンパンジー、ゴリラと人間を悩ませたことを示唆しています。 異なる霊長類がPterv1にどのように反応したかを研究するために、2007年にシアトルのFred Hutchinson Cancer Research Centerの研究者は、chimpゲノム内のPterv1の多くのランダムに変異したコピーを使用して、元のPterv1シーケンスを再構築し、この古代のレトロウイルスを再作成した。 彼らはその後、Trim5A遺伝子の人間と偉大な類人猿のバージョンが復活Pterv1ウイルスの活性を制限することができますどれだけ見るために実験を行 彼らの結果は、ヒトTrim5Aの単一の変化が、私たちの祖先が霊長類のいとこよりも効果的にPterv1感染と戦うことを可能にした可能性が最も高いことを示

レトロウイルスの一つのタイプを倒すことは、必ずしも他の人に対して継続的な成功を保証するものではありません。 ヒトTrim5Aの変化がPterv1を生き残るのに役立ったかもしれないとしても、これらの同じ変化はHIVと戦うことをはるかに困難にします。 この発見は、HIV感染がヒトでAIDSにつながるが、ヒト以外の霊長類ではそれほど頻繁には起こらない理由を研究者が理解するのに役立っている。 明らかに、進化は一歩前進し、二歩後退することができます。 時には科学的研究は同じように感じます。 我々は、特徴的な人間の形質の遺伝的基礎を説明するための多くのエキサイティングな候補を同定しました。 しかし、ほとんどの場合、私たちはこれらのゲノム配列の機能についての基本だけを知っています。 我々の知識のギャップは、タンパク質をコードしないHAR1やHAR2などの領域にとって特に大きい。

これらの急速に進化するシーケンスは、前進の道を指しています。 私たちを人間にしたものの話は、おそらく私たちのタンパク質ビルディングブロックの変化に焦点を当てるのではなく、進化がいつ、どこで体内の異 世界中の何千もの研究室で進行中の実験的および計算的研究は、タンパク質をコードしないゲノムの98.5％で何が起こっているのかを解明することを約束 それは毎日がらくたのようにますます少なく見ている。