メンデルの法則はなぜ34年間埋もれていたのか——エンドウの数と、名前だけの「遺伝子」(1856〜1909年)

新しい連載「遺伝子は何でできているか」を始めます。いまでは誰もが、遺伝子はDNAに書かれていると習います。けれども遺伝の決まりが見つかってから、その正体がDNAだと分かるまでには、80年以上かかりました。第1回は、その出発点です。19世紀なかば、ブリュン(いまのチェコのブルノ)の修道院で、メンデルはエンドウを数えて決まりを見つけました。その論文は34年間ほとんど読まれず、1900年に3人の植物学者がほぼ同時に掘り起こします。なぜ埋もれていたのか。数字が「出来すぎ」だという疑いは本当なのか。原論文と手紙から確かめます。

「忘れられた天才」という物語

メンデルの話は、ふつうこう語られます。修道士メンデルが庭のエンドウで遺伝の法則を見つけ、1865年に発表したが、誰にも理解されないまま1884年に亡くなった。1900年、オランダのド・フリース、ドイツのコレンス、オーストリアのチェルマクの3人が別々に同じ法則にたどり着き、メンデルの論文を見つけ出した。

統計学者で遺伝学者のロナルド・フィッシャーは、1936年の論文の冒頭で、この話は生物学の授業ですっかりおなじみになっていると書き、そのうえで調べ直しました。メンデルは何をどう見つけたのか。当時の人はなぜ反応しなかったのか。論文の数字はそのまま信じてよいのか。この記事も、同じ順番でたどります。

8年間、エンドウを数えた(1856〜1863年)

論文「植物の雑種についての実験」は、1865年2月8日と3月8日にブリュンの自然研究協会で読み上げられ、翌1866年に協会の会報に載りました。実験の期間は、のちの手紙によれば1856年から1863年です。

メンデルは34品種のエンドウを取り寄せ、2年間育てて毎年同じ姿の子ができることを確かめてから、22品種を使いました。エンドウは花が開く前に自分の花粉で受粉する(自家受粉する)ので、ほかの花粉が混ざりにくく、人の手で狙いどおりに掛け合わせられます。調べたのは、種子の形(丸い/しわ)、種子の中身の色(黄/緑)、種皮の色、さやの形、熟す前のさやの色、花のつく位置、茎の長さの7つ。どれも「どちらか一方」にはっきり分かれる性質です。

丸い種子の品種としわの品種を掛け合わせると、雑種は丸い種子だけをつけました。7つのどの性質でも、雑種には片方の親の姿だけが出ます。メンデルは表に出る側を「dominirend」、隠れる側を「recessiv」と名づけました。日本語では顕性・潜性(以前は優性・劣性)と訳されます。

次に雑種を自家受粉させると、253株から7,324個の種子がとれ、丸いものが5,474個、しわが1,850個でした。2.96対1です。中身の色では黄6,022個、緑2,001個で、3.01対1。7つの性質を合わせると14,949対5,010、2.98対1になり、中間の姿は一度も出ませんでした。

メンデルは、3対1の「3」の側が2種類に分かれるはずだと考えました。丸い種子から育てた565株を調べると、193株は丸い種子だけをつけ、372株は丸としわを3対1でつけました。ほぼ1対2です。3対1の正体は、「ずっと丸」1、「雑種」2、「ずっとしわ」1の、1対2対1でした。

二つの性質を同時に追う実験もしています。丸・黄の品種としわ・緑の品種の雑種15株から556個の種子がとれ、丸・黄315、丸・緑108、しわ・黄101、しわ・緑32でした。9対3対3対1に近く、形と色が互いに関係なく分かれていることを示します。

細胞の中の「要素」——メンデルが言ったこと、言わなかったこと

メンデルの説明はこうです。雑種は、親の一方の性質を持つ卵細胞と、もう一方を持つ卵細胞を平均して同じ数だけつくる。花粉も同じ。どの花粉がどの卵細胞と出会うかは偶然で決まる。こう考えると、1対2対1も9対3対3対1も計算どおりに出てきます。

メンデルはこれを実験で試しました。丸・黄の雑種に、しわ・緑の品種の花粉を掛けると、4種類の種子が同じ数だけできるはずです。結果は31、26、27、26。逆向きに掛けても24、25、22、27でした。

論文の終わり近くで、メンデルは「要素(Element)」という言葉を使います。雑種の中では違う要素どうしが一時的に折り合っていて、生殖のための細胞ができるときに離れていく。いまの言葉で言う遺伝子の分離です。ただしメンデルは、これは確かなデータの乏しい「仮説」だと断っています。また、いまなら AA と書くところを A と1文字で書いており、要素が対になって分かれるのは雑種のときだけだと考えていた節があります。

その要素が何でできているのか、細胞のどこにあるのかは、何も書いていません。書きようがなかったのです。分かっていたのは、「何か」が数の決まりに従って親から子へ渡る、ということだけでした。

読まれなかった理由——ネーゲリへの10通の手紙(1866〜1873年)

雑誌が無名すぎた、という説明は当たりません。フィッシャーによれば会報はかなり広く配られ、ロンドンでも王立協会とリンネ協会が受け取っていました。引用もされています。フォッケの1881年の雑種の大著はメンデルに15回触れていますが、フィッシャーが確かめると、その中身は「ナイトの実験とよく似た結果だが、メンデルは決まった数の関係を見つけたと考えた」という程度で、3対1にも顕性にも触れていませんでした。

メンデル自身も、読んでもらう努力をしています。1866年の大みそかから1873年11月まで、ミュンヘンの植物学者で雑種の第一人者だったカール・ネーゲリに手紙を送り続けました。残っている10通は、ネーゲリの弟子だったコレンスが1905年に公刊しています。

1867年4月18日の手紙で、メンデルはネーゲリの指摘に答えています。ネーゲリは、数の比は実験から出た数にすぎず、理屈で裏づけられたものとは言えない、とみなすよう求めたようです。メンデルは、一つずつの性質で1対2対1になるところまでは実験で示したことで、それを多くの性質に広げた先が理屈の部分だ、と線を引きました。同じ手紙には、協会での発表には賛否があり、自分の知るかぎり誰も実験を繰り返さなかったとも書いています。

やりとりの中心になったのは、キク科のヒエラキウム(ミヤマコウゾリナの仲間)でした。エンドウの決まりがほかの植物でも成り立つかを確かめるためです。ところが1870年7月3日の手紙でメンデルは、ヒエラキウムの雑種はエンドウとは正反対にふるまい、子の代でも姿が変わらないと書いています。

理由が分かったのは、メンデルの死後でした。1904年、デンマークの植物学者オステンフェルトが、ヒエラキウムの仲間には受粉しなくても種子ができるもの(無融合生殖)があると報告します。花粉が働かず、母親と同じ遺伝のしかたをする種子なら、エンドウの決まりが見えないのは当然です。メンデルも1873年の最後の手紙で、コウリンタンポポ(Hieracium aurantiacum)などは、花粉の出る筒を切り取ってほかの種の花粉をつけても母親と同じ株しか育たない、と書いていました。メンデルはそれを、自分の花粉が先に働くためだと考えていました。決まりを確かめるために選んだ2つ目の植物が、その決まりの外にいたのです。

メンデルには時間もなくなっていました。1868年3月30日に修道院長に選ばれ、小さな花の作業で目を傷めた時期もあります。最後の手紙には、植物とミツバチの世話をほとんどできずにいると書かれています。

1900年、3人が同じ答えにたどり着いた

1900年3月26日、ド・フリースはフランス科学アカデミーの会報に、雑種の子で性質が分かれる決まりを短く報告しました。ここにメンデルの名前はありません。続いてドイツ植物学会の報告に出した論文で、メンデルの研究に触れました。

コレンスの論文「雑種の子孫のふるまいについてのG.メンデルの規則」は、1900年4月22日付です。コレンスは書き出しで率直に書いています。トウモロコシとエンドウで同じ規則にたどり着いたとき、自分も新しいものを見つけたと思った。いまド・フリースにも同じことが起きているようだ。けれども、ブリュンの修道院長メンデルが1860年代に、同じ結果と同じ説明をすでに示していた。コレンスは同時に、どの性質の組にも顕性の側があるわけではなく、この規則をすべての雑種に当てはめることはできない、とも注意しました。同じ年、オーストリアのチェルマクもエンドウの掛け合わせの論文を出しています。

3人がそろったことで、メンデルの論文は一気に読まれるようになりました。それでも「34年間、誰も気づかなかった」より、「気づく準備のある人がいなかった」のほうが実態に近いでしょう。フィッシャーも、論文が広く読まれていたとしても、その意味を受け止められる人は少なかっただろうと書いています。

「出来すぎ」の数字——フィッシャーの数え直し(1936年)

フィッシャーは、メンデルの実験を年ごとに組み立て直しました。結論の一つは、報告は文字どおりに受け取ってよく、実験はほぼ書かれた順番で行われた、というものです。ところが、もう一つの結論が問題になりました。数字が、予想に合いすぎているのです。

いちばん具体的なのは「1対2」の確かめ方です。花の色や茎の長さのような株の性質では、メンデルは顕性の姿の株を100株ずつ選び、それぞれの種子を10粒育てて、子にひとつでも潜性の姿が出たら「雑種」、出なければ「ずっと変わらない株」と判定しました。

フィッシャーはここに落とし穴を見つけます。雑種の株でも、子の一つひとつが顕性の姿になる確率は4分の3あります。10粒すべてが顕性になる確率は、4分の3を10回掛けて約5.6%。その分の雑種は「変わらない株」と判定されるはずです。600株なら、予想は「雑種400、変わらない株200」ではなく「377.5と222.5」になります。メンデルの報告は399と201。補正しない予想にぴったりでした。

フィッシャーは、ここまで都合よくずれる確率はおよそ29回に1回で、ほかの実験でもデータ全体が予想の側に寄っていると指摘しました。そして、満足な説明は期待できないとしながらも、予想をよく知る助手に欺かれた可能性に触れています。

反論はその後も続きました。植物学者のフェアバンクスらは2001年の総説で、次の点を挙げています。原文は「10粒を育てた」で、「10粒をまいた」とは限らない。多めにまいて10株に間引いたなら計算は変わる。茎の長さや、種皮の色に結びついた色素は、芽生えのうちに見分けられる。6つの実験を別々に計算し直すと、偶然でこのくらい寄る確率は7〜8回に1回ほどになる。そしてメンデルは、論文に載せたのは行った実験の一部だと書いている。予想に合う実験を選んで載せれば、全体はこのように寄って見える。結論は、偏りは明らかだが統計と植物学から見て無理のない説明があり、メンデルや誰かがデータを偽った証拠はない、というものです。ただ、決着はつけられません。フェアバンクスらによれば、メンデルの実験記録は、亡くなったころに焼かれたとみられています。

この時点でできたこと、できなかったこと

メンデルの実験で、子にどの姿がどれだけの割合で出るかを前もって計算できるようになりました。二つの性質が互いに関係なく分かれることも示され、卵細胞と花粉の中で何かが半分ずつに分かれる、という推論が立ちました。

できなかったのは、その「何か」が何なのかを言うことです。1909年、デンマークの植物学者ヨハンセンは、これに名前をつけました。ダーウィンの遺伝の仮説に由来する「パンゲン」から最後の音節を取り出した「ゲン(Gen)」、英語でジーンです。ヨハンセンは、この言葉はどんな仮説からも完全に自由だと念を押し、遺伝子の正体についての特定の考えは、いまのところどれも十分な根拠がない、と書いています。名前はできましたが、中身は空のままでした。

メンデルが数えたしわのある種子の中身が分かったのは、80年あまりあとです。1990年、イギリスの研究チームが、しわの原因は、でんぷんを枝分かれさせる酵素の遺伝子によそから入り込んだDNAの断片が挟まっていることだと報告しました。メンデルの「要素」の正体は、DNAの一続きの並びだったのです。けれども1909年の時点では、遺伝子が細胞のどこにあるのかさえ分かっていませんでした。

次回は、その居場所の話です。細胞が分かれるときに顕微鏡の中に現れる、糸のような「染色体」。そのふるまいがメンデルの比とそっくりだと気づいた人たちと、ショウジョウバエの白い目から始まった遺伝子の地図づくり(1902〜1915年)をたどります。