TED日本語 - エマ・ティーリング: コウモリゲノムに隠された秘密

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TED日本語 - エマ・ティーリング: コウモリゲノムに隠された秘密

TED Talks

コウモリゲノムに隠された秘密
The secret of the bat genome
エマ・ティーリング
Emma Teeling

内容

西洋社会ではコウモリは気味悪く、邪悪だとすら見なされています。動物学者エマ・ティーリングはコウモリに対する態度を見直すよう勧め、コウモリの独特かつ魅力的な生態により我々自身の遺伝情報に関する新たな知見が得られると説きます。(TEDxDublinにて録画)

Script

What I want you all to do right now is to think of this mammal that I'm going to describe to you. The first thing I'm going to tell you about this mammal is that it is essential for our ecosystems to function correctly. If we remove this mammal from our ecosystems, they simply will not work. That's the first thing. The second thing is that due to the unique sensory abilities of this mammal, if we study this mammal, we're going to get great insight into our diseases of the senses, such as blindness and deafness. And the third really intriguing aspect of this mammal is that I fully believe that the secret of everlasting youth lies deep within its DNA. So are you all thinking? So, magnificent creature, isn't it? Who here thought of a bat? Ah, I can see half the audience agrees with me, and I have a lot of work to do to convince the rest of you.

So I have had the good fortune for the past 20 years to study these fascinating and beautiful mammals. One fifth of all living mammals is a bat, and they have very unique attributes. Bats as we know them have been around on this planet for about 64 million years. One of the most unique things that bats do as a mammal is that they fly. Now flight is an inherently difficult thing. Flight within vertebrates has only evolved three times: once in the bats, once in the birds, and once in the pterodactyls. And so with flight, it's very metabolically costly. Bats have learned and evolved how to deal with this.

But one other extremely unique thing about bats is that they are able to use sound to perceive their environment. They use echolocation. Now, what I mean by echolocation -- they emit a sound from their larynx out through their mouth or through their nose. This sound wave comes out and it reflects and echoes back off objects in their environment, and the bats then hear these echoes and they turn this information into an acoustic image. And this enables them to orient in complete darkness. Indeed, they do look very strange. We're humans. We're a visual species. When scientists first realized that bats were actually using sound to be able to fly and orient and move at night, we didn't believe it. For a hundred years, despite evidence to show that this is what they were doing, we didn't believe it.

Now, if you look at this bat, it looks a little bit alien. Indeed, the very famous philosopher Thomas Nagel once said, "To truly experience an alien life form on this planet, you should lock yourself inside a room with a flying, echolocating bat in complete darkness." And if you look at the actual physical characteristics on the face of this beautiful horseshoe bat, you see a lot of these characteristics are dedicated to be able to make sound and perceive it. Very big ears, strange nose leaves, but teeny-tiny eyes. So again, if you just look at this bat, you realize sound is very important for its survival.

Most bats look like the previous one. However, there are a group that do not use echolocation. They do not perceive their environment using sound, and these are the flying foxes. If anybody has ever been lucky enough to be in Australia, you've seen them coming out of the Botanic Gardens in Sydney, and if you just look at their face, you can see they have much, much larger eyes and much smaller ears. So among and within bats is a huge variation in their ability to use sensory perception. Now this is going to be important for what I'm going to tell you later during the talk.

Now, if the idea of bats in your belfry terrifies you, and I know some people probably are feeling a little sick looking at very large images of bats, that's probably not that surprising, because here in Western culture, bats have been demonized. Really, of course the famous book "Dracula," written by a fellow Northside Dubliner Bram Stoker, probably is mainly responsible for this. However, I also think it's got to do with the fact that bats come out at night, and we don't really understand them. We're a little frightened by things that can perceive the world slightly differently than us. Bats are usually synonymous with some type of evil events. They are the perpetrators in horror movies, such as this famous "Nightwing." Also, if you think about it, demons always have bat wings, whereas birds, they typically -- or angels have bird wings.

Now, this is Western society, and what I hope to do tonight is to convince you of the Chinese traditional culture, that they perceive bats as creatures that bring good luck, and indeed, if you walk into a Chinese home, you may see an image such as this. This is considered the Five Blessings. The Chinese word for "bat" sounds like the Chinese word for "happiness," and they believe that bats bring wealth, health, longevity, virtue and serenity. And indeed, in this image, you have a picture of longevity surrounded by five bats. And what I want to do tonight is to talk to you and to show you that at least three of these blessings are definitely represented by a bat, and that if we study bats we will get nearer to getting each of these blessings.

So, wealth -- how can a bat possibly bring us wealth? Now as I said before, bats are essential for our ecosystems to function correctly. And why is this? Bats in the tropics are major pollinators of many plants. They also feed on fruit, and they disperse the seeds of these fruits. Bats are responsible for pollinating the tequila plant, and this is a multi-million dollar industry in Mexico. So indeed, we need them for our ecosystems to function properly. Without them, it's going to be a problem. But most bats are voracious insect predators. It's been estimated in the U.S., in a tiny colony of big brown bats, that they will feed on over a million insects a year, and in the United States of America, right now bats are being threatened by a disease known as white-nose syndrome. It's working its way slowly across the U.S. and wiping out populations of bats, and scientists have estimated that 1,300 metric tons of insects a year are now remaining in the ecosystems due to the loss of bats. Bats are also threatened in the U.S. by their attraction to wind farms. Again, right now bats are looking at a little bit of a problem. They're going to -- They are very threatened in the United States of America alone.

Now how can this help us? Well, it has been calculated that if we were to remove bats from the equation, we're going to have to then use insecticides to remove all those pest insects that feed on our agricultural crops. And for one year in the U.S. alone, it's estimated that it's going to cost 22 billion U.S. dollars, if we remove bats. So indeed, bats then do bring us wealth. They maintain the health of our ecosystems, and also they save us money. So again, that's the first blessing. Bats are important for our ecosystems.

And what about the second? What about health? Inside every cell in your body lies your genome. Your genome is made up of your DNA, your DNA codes for proteins that enable you to function and interact and be as you are. Now since the new advancements in modern molecular technologies, it is now possible for us to sequence our own genome in a very rapid time and at a very, very reduced cost. Now when we've been doing this, we've realized that there's variations within our genome. So I want you to look at the person beside you. Just have a quick look. And what we need to realize is that every 300 base pairs in your DNA, you're a little bit different. And one of the grand challenges right now in modern molecular medicine is to work out whether this variation makes you more susceptible to diseases, or does this variation just make you different? Again, what does it mean here? What does this variation actually mean? So if we are to capitalize on all of this new molecular data and personalized genomic information that is coming online that we will be able to have in the next few years, we have to be able to differentiate between the two. So how do we do this?

Well, I believe we just look at nature's experiments. So through natural selection, over time, mutations, variations that disrupt the function of a protein will not be tolerated over time. Evolution acts as a sieve. It sieves out the bad variation. And so therefore, if you look at the same region of a genome in many mammals that have been evolutionarily distant from each other and are also ecologically divergent, you will get a better understanding of what the evolutionary prior of that site is, i.e., if it is important for the mammal to function, for its survival, it will be the same in all of those different lineages, species, taxa. So therefore, if we were to do this, what we'd need to do is sequence that region in all these different mammals and ascertain if it's the same or if it's different. So if it is the same, this indicates that that site is important for a function, so a disease mutation should fall within that site. So in this case here, if all the mammals that we look at have a yellow-type genome at that site, it probably suggests that purple is bad. This could be even more powerful if you look at mammals that are doing things slightly differently. So say, for example, the region of the genome that I was looking at was a region that's important for vision. If we look at that region in mammals that don't see so well, such as bats, and we find that bats that don't see so well have the purple type, we know that this is probably what's causing this disease.

So in my lab, we've been using bats to look at two different types of diseases of the senses. We're looking at blindness. Now why would you do this? Three hundred and fourteen million people are visually impaired, and 45 million of these are blind. So blindness is a big problem, and a lot of these blind disorders come from inherited diseases, so we want to try and better understand which mutations in the gene cause the disease. Also we look at deafness. One in every 1,000 newborn babies are deaf, and when we reach 80, over half of us will also have a hearing problem. Again, there's many underlying genetic causes for this. So what we've been doing in my lab is looking at these unique sensory specialists, the bats, and we have looked at genes that cause blindness when there's a defect in them, genes that cause deafness when there's a defect in them, and now we can predict which sites are most likely to cause disease. So bats are also important for our health, to enable us to better understand how our genome functions.

So this is where we are right now, but what about the future? What about longevity? This is where we're going to go, and as I said before, I really believe that the secret of everlasting youth lies within the bat genome. So why should we be interested in aging at all? Well, really, this is a picture drawn from the 1500s of the Fountain of Youth. Aging is considered one of the most familiar, yet the least well-understood, aspects of all of biology, and really, since the dawn of civilization, mankind has sought to avoid it. But we are going to have to understand it a bit better. In Europe alone, by 2050, there is going to be a 70 percent increase of individuals over 65, and 170 percent increase in individuals over 80. As we age, we deteriorate, and this deterioration causes problems for our society, so we have to address it.

So how could the secret of everlasting youth actually lie within the bat genome? Does anybody want to hazard a guess over how long this bat could live for? Who -- put up your hands -- who says two years? Nobody? One? How about 10 years? Some? How about 30? How about 40? Okay, it's a whole varied response. This bat is myotis brandtii. It's the longest-living bat. It lived for up to 42 years, and this bat's still alive in the wild today. But what would be so amazing about this?

Well, typically, in mammals there is a relationship between body size, metabolic rate, and how long you can live for, and you can predict how long a mammal can live for given its body size. So typically, small mammals live fast, die young. Think of a mouse. But bats are very different. As you can see here on this graph, in blue, these are all other mammals, but bats can live up to nine times longer than expected despite having a really, really high metabolic rate, and the question is, how can they do that? There are 19 species of mammal that live longer than expected, given their body size, than man, and 18 of those are bats. So therefore, they must have something within their DNA that ables them to deal with the metabolic stresses, particularly of flight. They expend three times more energy than a mammal of the same size, but don't seem to suffer the consequences or the effects. So right now, in my lab, we're combining state-of-the-art bat field biology, going out and catching the long-lived bats, with the most up-to-date, modern molecular technology to understand better what it is that they do to stop aging as we do. And hopefully in the next five years, I'll be giving you a TEDTalk on that. Aging is a big problem for humanity, and I believe that by studying bats, we can uncover the molecular mechanisms that enable mammals to achieve extraordinary longevity. If we find out what they're doing, perhaps through gene therapy, we can enable us to do the same thing. Potentially, this means that we could halt aging or maybe even reverse it. Just imagine what that would be like.

So really, I don't think we should be thinking of them as flying demons of the night, but more as our superheroes. And the reality is that bats can bring us so much benefit if we just look in the right place. They're good for our ecosystem, they allow us to understand how our genome functions, and they potentially hold the secret to everlasting youth. So tonight, when you walk out of here and you look up in the night skies, and you see this beautiful flying mammal, I want you to smile. Thank you. (Applause)

皆さん 私がこれからお話しする哺乳動物を想像してみてください この哺乳動物についてまず言えるのは 我々の生態系が 正しく機能するのに不可欠だということです 生態系からこの動物を排除すると 機能しなくなってしまいます それが1つ目です 2つ目は この動物の感覚能力は独特なため この動物を研究すれば 盲目や難聴のような視聴覚の病気について 大きな知見が得られるということです 3つ目 この動物は面白いことに 私の持論ですが 永遠の若さの秘訣が DNAに深く刻み込まれていることです お分かりですか? すばらしい生物でしょう? コウモリだと分かった方は おられますか? 半分ですね 残り半分の方を説得するために頑張らないといけませんね

私は幸いなことに過去20年間 このすばらしく 美しい動物を研究してきました 哺乳類の5分の1はコウモリであり とても独特な特性を持っています 分かっている限り コウモリは約6400万年にもわたり 地球上に存在しています コウモリの特徴の1つは 哺乳類なのに飛ぶことです 飛行は本来難しいことです 脊椎動物の飛行が進化したのは3回しかありません コウモリで1回 鳥類で1回 そしてプテロダクティルスで1回です 飛行は多大なエネルギーを必要とします コウモリはこれを解決する方法を学び 進化しました

しかしコウモリの特徴的な点は 周囲の環境を認識するために 音を使えることです反響定位を行っているのです ここで言う反響定位とは 喉から口や鼻を経由して音を出すことを指します この音波は周囲にある物体に反射し コウモリの元へ返ります コウモリはその反射音を聴き取り 情報を聴覚像へと変換します こうすることで コウモリは真っ暗闇にも適応できるのです たしかにコウモリの見た目は奇妙です我々は人間であり 視覚により周囲を認識します コウモリが夜間にも音を用いて 飛び 方向を認識し 動いていると 研究者が発見した時も我々はそれを信じませんでした コウモリはそのようにしているという根拠があるのに 我々は100年間にもわたってそれを信じようとはしませんでした

このコウモリを見ると 異様な印象を受けます 有名な哲学者トマス・ネーゲルはかつてこう言いました 「地球上で異星の生命体を実際に経験するには 真っ暗闇の中で超音波を出して飛び回るコウモリと 部屋に閉じこもってみればよい」 このキクガシラコウモリの 顔立ちに注目すると 音を出したり知覚したりするための 特徴が多数あることに気がつくことでしょう 耳はとても大きく 鼻には奇妙な葉のようなものを持つのに対し 目はとても小さいです やはり このコウモリを見ると このコウモリの生存に音が非常に大切だとわかります

ほとんどのコウモリはこの様な外見をしています しかし 反響定位を行わない種も存在します そのような種は周囲を認識するのに音を用いません オオコウモリです オーストラリアに行ったことがあるなら シドニー王立植物園でオオコウモリを見たことかと思いますが オオコウモリの顔に目をやると 目はずっと大きく 耳はずっと小さいことが分かります コウモリ同士でも感覚器官の能力に 大きな違いがあるのです これは後にお話しする事に対して 大きな意味を持ちます

コウモリが頭上を飛び回るのを考えると怖いとおっしゃるかもしれませんし またコウモリの大きな画像を見て 気持ち悪くなった方もおられるかと思いますが それほど驚くことではありません なぜなら西洋文化においては コウモリは 悪魔の象徴とされてきたからです ダブリン北部出身のブラム・ストーカーが書いた かの有名な本「ドラキュラ」も イメージ形成にもちろん一役買っています しかし同時に コウモリは夜に活動するため 我々が生態を知らないことにも起因すると思います 我々は自分たちとは違う方法で世界を認識する生物に 少しおびえているのです コウモリは不吉な出来事の同義語としてよく使われます 有名な「ナイトウィング」のような ホラー映画の悪者などです また考えてみると 悪魔はいつも コウモリの翼を持っている一方で 天使は鳥のような翼を持っています

西洋社会はこのような現状ですが今晩はみなさんに 伝統的な中国文化を受け入れて頂ければと思います 中国ではコウモリは幸運をもたらす生き物とされ 中国家屋に足を踏み入れれば こんな像を見かけることもあるかもしれません これは5つの恩恵とされています 「コウモリ」という意味の中国語の言葉は 「幸福」のように聞こえ 中国人の間では コウモリは富 健康 長寿 美徳 平穏をもたらすと信じられています この像には 5匹のコウモリに囲まれた 長寿の絵が描かれています これらの恩恵のうち少なくとも3つは 間違いなくコウモリに象徴され コウモリを研究することでこれらの恩恵に近付くことができると 今夜皆さんにお話したいと思います

まず富ですコウモリがどうして富をもたらすことができるのでしょう? 先ほど申し上げた通りコウモリは我々の生態系が 正しく機能するのに不可欠ですがなぜでしょう? 熱帯に生息するコウモリは多くの植物の授粉に重要です また 果実も食べそれらの種子を拡散させます コウモリはテキーラの原料となる植物に授粉する役割を持ち メキシコでは何百万ドルもの産業を形成しています このように確かに我々の生態系が 正しく機能するにはコウモリが必要なのです コウモリがいなければ 問題が生じます ほとんどのコウモリは大食いで大量の昆虫を補食します アメリカではオオクビワコウモリの ごく小さなコロニーが 年間100万匹以上の昆虫を食べていると推定されています 現在アメリカでは コウモリは白い鼻症候群という病気の脅威に晒されています この病気は徐々にアメリカ全体に広がり コウモリに集団感染しつつあり コウモリの減少により年間1300トンの昆虫が 生態系の中で生き残っていると 科学者は推定しています アメリカではコウモリは 風車への吸引にも脅かされています繰り返しますが ? コウモリは現在問題に直面しています アメリカ国内だけでも コウモリは危機に瀕しているのです

ではこれがどう役立つのでしょう? 方程式からコウモリを除外したとすると 農作物を食べてしまう有害な虫を駆除するために 殺虫剤を使用しなければなりません コウモリがいないとアメリカだけでも1年間に 220億ドルかかる計算になります つまりコウモリはそれだけの富をもたらしてくれているのです コウモリは我々の生態系を安定させるだけでなく お金も節約してくれるのです 繰り返しますがこれが1つ目の恩恵です コウモリは我々の生態系にとって重要なのです

2つ目についてはどうでしょう? 健康については? 体内の全ての細胞にはゲノムが含まれています ゲノムは 生命を機能・相互作用させ 生命たらしめるタンパク質を暗号化する DNAで構成されます 最近の分子技術の発展により 今では驚く程 短時間・低コストで 自分のゲノム配列を解読することができます 多数のゲノム配列を解読しているうちに ゲノムに個体差があることに気がつきました 側の人を見てみてください チラッとでいいんですここで大切なのは DNAの300塩基対ごとに違いがあるということです 現代の分子医学における大きな課題の一つは 個体差が病気にかかりやすくさせるのか それとも単に違いを生んでいるだけなのかを 見極めることです ここでそれはどのような意味を持つのでしょう? 個体差は何を意味するのでしょうか? 数年内にオンラインで新たに利用可能になる分子データや個人のゲノム情報全てを 利用しようとするなら この2つの違いを明らかにしなければなりません どうすればよいでしょうか?

自然界の実験に注目すればよいと考えます タンパク質の機能を破壊するような 突然変異や個体差は 時間とともに自然淘汰されます 進化はふるいのように振る舞います悪い個体差をふるい落とすのです そのため 進化学的にも生態学的にも 全く異なる哺乳類を多数集めて それらの動物のゲノムの同じ領域に注目してみると その部位においてどのような進化が起きたのか つまりその動物の生命機能や生存に重要なのかが より深く理解できます 重要な配列は 異なる部族 種 群にわたって 保存されているはずです そのため 我々がすべきことは それらの動物に対して 同一のゲノム領域の配列を解読し 配列が等しいのか異なっているのか確かめることです もし同じであれば その部位はある機能に対して重要であり 病気を引き起こす変異はこの部位に存在するはずだということが示されます ここでの場合 対象とする全ての動物が その部位で黄色型ゲノムを持つなら おそらく紫は悪いということを示します 違いが微妙な動物同士を比較すると さらに有効となります 例えば 私が注目していたゲノム領域は 視覚に対して重要であるような領域でした コウモリのように 視覚が発達していない動物の その領域に注目し 視覚が発達していないコウモリは 紫型ゲノムを持つことが分かれば それが病気の原因であろうことが分かります

私のラボでは 2つの感覚に関する病気に注目するために コウモリを用いてきました 我々は盲目に注目していますなぜですかって? 3億4000万人が視覚障害を持ちそのうち4500万人が盲目です 盲目は大きな問題であり 視覚障害の多くは遺伝病に由来するので 遺伝子のどんな変異がその病気を 引き起こしているのかを解明したいと考えています また我々は聴覚障害にも注目しています 新生児の1000人に一人は聴覚障害を持ち 80歳になる頃にはそれが2人に1人の割合にまで高まります 繰り返しになりますが この原因の多くは遺伝子にあります 我々はラボで 独特な感覚器官のスペシャリストであるコウモリに注目し 視覚障害や聴覚障害の原因遺伝子に 注目してきました 今ではどの部位が病気を引き起こし得るのか予測できます コウモリは我々の健康に対しても重要であり ゲノムがどのように機能するかを理解する助けになります

これが現在の段階ですが 将来についてはどうでしょう? 長寿については? この様な研究も進めて行きたいのです 永遠の若さの秘訣は コウモリのゲノムに存在すると 私は強く信じています そもそも我々はなぜ老化に興味を持つのでしょう? これは1500年代に描かれた若返りの泉の絵です 老化は 生物の見地の中で 最も馴染みがありながら理解されていないものの 1つとして見なされ 文明の発生以来 人類は老化を避けようと努力してきました しかしまだもっと深く理解する必要があるようです 2050年までにヨーロッパだけでも 65歳以上の人は70%増え 80歳以上の人は170%増えると予測されています 年を取り 衰弱するにつれ 社会問題が引き起こされますそのためこれを解決しなければなりません

永遠の若さの秘訣はどのようにコウモリゲノムに 隠されているのでしょうか? どなたかコウモリがどのくらい長生きするか想像がつきますか? 挙手をお願いします2年だと思う方? いませんか?1人?10年だと思う方? 数人でしょうか30年だと思う方? 40年だと思う方?はい 様々な答えが返ってきました このコウモリはプラントホオヒゲコウモリです最も長生きするコウモリです 最大42年も生きました 現在も野生に存在しています しかしこのコウモリの何が驚きなんでしょうか?

哺乳動物では通常 体長と代謝率と寿命に 相関が見られ 体長が分かれば だいたいの寿命が予測できます 通常 小さな哺乳動物の成長は速く若くして死にます ネズミが良い例ですしかしコウモリは全く違います このグラフの青い点は コウモリ以外の哺乳類ですが コウモリは代謝率がとても高いわりに 予測の9倍も長生きしますがここである疑問が浮かびます コウモリはどうやってそんなに長生きできるのでしょう? 体長に基づく予測よりも 長生きする哺乳類は19種いますが そのうち18種はコウモリです そのため コウモリはDNAの中に特に飛行による代謝ストレスの処理を可能にする 何かを持っているに違いありません コウモリは同じ体長の哺乳動物の3倍ものエネルギーを消費しているのですが その影響があるようには見えません 現在私のラボでは 外に出て長生きしているコウモリを捕まえて来て 最先端のコウモリのフィールド生物学と 最先端の分子技術を融合し コウモリが老化を止めるために何をしているか より深く理解しようと試みています これから5年でそれについてのTEDトークができれば と思います 人類にとって老化は大きな問題ですが コウモリを研究することにより 哺乳動物に信じられないほどの長寿を実現させる 分子機構を解明できると信じています それが分かれば おそらく遺伝子治療を通じて 我々も同じことができるようになります もしかすると 我々も老化を止めたり逆に若返ったりできるようになるかもしれません どんな世界か想像してみてください

コウモリは暗黒に飛び回る悪魔ではなく スーパーヒーローであると考えるべきです 現実として 適切に見さえすればコウモリはたくさんの恩恵をもたらしてくれます 生態系のバランスを保ち ゲノムが機能する仕組みを理解する手助けをしてくれ 永遠の若さの秘訣を持っている可能性があります 今夜この会場から出て夜空を見上げたときに この美しい空飛ぶ哺乳動物を見かけたら 皆さんに微笑んで頂きたいですありがとうございました (拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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