恐竜から鳥への進化はインスリン耐性の獲得による、東京工科大が新説を提唱

東京工科大学(工科大)は8月26日、鳥への進化は、「インスリン耐性の獲得に起因する」という新しい進化学説を発表した。

同成果は、工科大応用生物学部の佐藤拓己教授らの研究チームによるもの。詳細は、内分泌学で最も権威のある学術誌の1つである「Trends in Endocrinology and Metabolism」に掲載された。

近年、恐竜や鳥の祖先に関する研究の進展は目覚ましく、現在では鳥は一部の小型獣脚類(2足歩行の肉食恐竜)から進化したと考えられている。

今回、研究チームは、2億5000万年前(古生代ペルム紀末)の史上最大の生物大量絶滅から5000万年以上続いたとされる低酸素環境に適応するため、獣脚類が大幅なゲノムDNAの欠損を行い「インスリン耐性」を獲得したことが、獣脚類に高い運動性能を与え、哺乳類を2億年前までにほとんど駆逐した要因であると考えるという説を提唱した。

鳥と獣脚類のインスリン耐性は低酸素への適応によるもの (出所:工科大Webサイト)

近年、技術の進歩により化石からゲノムのサイズを予測することが可能となってきた。それにより、ヘレラサウルスなどの中生代三畳紀(2億4800万～2億1300万年前)の中期に生息していた原始的な獣脚類において、50％程度のゲノムDNAが欠損していることが明らかとなっている。

生物大量絶滅の1つであるペルム紀末の大絶滅では全生物のおよそ90％が滅んだとされる。100万年も続いたとされる大規模かつ活発な噴火活動により、環境が大激変したことが理由とされている。その環境の激変の1つが大気中の酸素濃度で、それまでは約35％ほどであったが(現在は約21％)、約11％まで大きく低下(大気中の酸素の割合は時代によって大きく異なる)したと考えられている。それを生き延びられた理由が、インスリン耐性の獲得だったというのだ。

鳥は、哺乳類と比較すると、以下の3つの生理学的な特徴を有する。

(個体レベル)骨盤を高く持ち上げることにより、二足歩行が可能
(臓器レベル)気嚢を備えたことで、哺乳類の数倍のガス交換能力を獲得
(細胞レベル)インスリン耐性により、ミトコンドリアの活性を持続的に高く保つことが可能

鳥と獣脚類の3つの特徴 (出所:工科大Webサイト)

鳥と獣脚類は哺乳類よりも高い運動性能を維持できる理由として、エネルギー代謝の様相が、哺乳類とは大きく異なることが挙げられている。哺乳類においては、インスリンがピルビン酸の完全酸化を阻害するため、多くが乳酸のままとどまってしまうが、鳥においては、インスリンが持続的に抑制されているため、ブドウ糖から生産されたピルビン酸の多くがミトコンドリアで完全酸化される。これにより、鳥は持続的なエネルギー基質の供給ができるようになり、哺乳類では考えられないレベルの運動が可能になったと考えられている。

インスリン耐性がミトコンドリアを活性化する (出所:工科大Webサイト)

補足すると、鳥は、インスリンが受容体に結合するものの、シグナル伝達は進行しないことがわかっている。またインスリン感受性の維持に必要な数種の遺伝子が欠損していることから、インスリン耐性が高く、結果として、鳥ではインスリン受容体のリン酸化が起こらず、血糖値やケトン体濃度がヒトより数倍以上高いことが知られている。

鳥は哺乳類に比べ高い運動性能を有し酸素消費も高い一方、活性酸素の放出が少なく、がんや肥満などの生活習慣病になることも稀であり、最大寿命も哺乳類の倍以上とされている。この現象は鳥の生理学では最大の謎の1つとされてきたが、今回の研究成果から、鳥は老化ホルモンであるインスリンの作用が最小限に抑えられることから長寿である可能性が示唆されるとしている。例えばdaf-2と呼ばれる線虫の変異体ではインスリン受容体が失活しているため、野生株に比べ2倍の寿命がある。寿命におけるインスリンの役割は、「インスリン学説」と呼ばれ、老化学説の中心になりつつあるという。