生き物はなぜ群れるのか？

魚の群れ、鳥の群れ、昆虫の大群...生物は単独ではなく集団で行動することがよくあります。これには天敵から身を守る、効率よく餌を見つけるなど、さまざまな利点があります。しかし、なぜ集団で行動すると有利なのか、その仕組みについてはまだわかっていないことが多くあります。

千葉大学の研究チームは、この謎に迫るためショウジョウバエを使った実験を行いました。ショウジョウバエは研究室での飼育が容易で、遺伝子の研究も進んでいるため、生物学の研究によく用いられています。今回の研究では、ハエたちが危険を感じたときにどのように反応し、その反応が集団でどう変わるのかを調べました。

ハエたちの恐怖反応とその緩和

研究チームは約100系統のキイロショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）を用意し、画面上に現れる黒い円（捕食者を模したもの）に対する反応を観察しました。ハエが単独でいる場合、この視覚的な脅威に対して強い「フリージング」（恐怖で動きが止まる反応）を示しました。

しかし、ハエが集団でいる場合、周囲のハエの動きに影響されて、フリージング状態から素早く回復することがわかりました。つまり、仲間がいることで恐怖反応が緩和されるのです。これは「他個体への同調」と呼ばれる現象で、集団での行動に重要な役割を果たしています。

研究チームはさらに、このような個体間の相互作用に関わる遺伝子を特定するため、ゲノムワイド関連解析（GWAS）という方法を用いました。その結果、神経の発達に関与する遺伝子、特に「Ptp99A」という遺伝子が重要な役割を果たしていることがわかりました。この遺伝子は視神経の働きに関わっており、他のハエの行動を認識して反応する能力に影響していると考えられます。

多様性が集団の強さを生み出す

研究チームはさらに、集団内の「多様性」に注目しました。遺伝的に異なる2種類のハエを様々な組み合わせで混ぜた集団を作り、同じ実験を行いました。すると、混成集団のハエは脅威に対して、単一種類のハエだけの集団よりも一時的に強い恐怖反応を示すことがわかりました。

では、このような多様性は実際の生態系でどのような意味を持つのでしょうか？研究チームは、コンピューター上でバーチャルなハエを作り、実際のハエトリグモにそれを見せる実験を行いました。さらに、クモが近づくとバーチャルハエがフリージングするように設定し、どのような動き方がクモに襲われにくいかを検証しました。

実験の結果、個体間でフリージング時間に多様性があり、かつ個体間で行動が同調する条件で、ハエの集団は捕食者から襲われにくく、より遠くまで移動できることがわかりました。つまり、集団内に多様な反応を示す個体がいて、かつ互いの行動に影響し合うことで、集団全体として生存に有利になるのです。

新しい解析手法の開発

さらに研究チームは、集団の特性に関わる遺伝的基盤を解明するため、「ゲノムワイド高次関連解析（GHAS）」という新しい解析手法を開発しました。従来の方法は個体の特性と遺伝子の関係を調べるものでしたが、この新手法は集団としての特性と遺伝的多様性の関係を分析できます。

この新しい手法を用いた解析でも、神経の発達に関わる遺伝子が検出され、神経機能の多様性が集団行動の創発性（部分の単純な相互作用から全体として複雑な性質が生まれること）を生み出している可能性が示唆されました。

この研究は、ショウジョウバエという比較的単純な生き物でも、遺伝子や神経の多様性が集団行動や生存戦略に大きな影響を与えることを示しています。また、個体レベルの行動だけでなく、集団としての振る舞いの背後にある遺伝的基盤を明らかにする新しい方法を提案しており、生物学の研究に新たな視点をもたらしています。

研究の意義と今後の展望

生物が集団で行動することで得られる利点は以前から観察されていましたが、それがどのような遺伝的メカニズムに基づいているのかはよくわかっていませんでした。

今回の研究は、集団内の多様性と同調という二つの要素が組み合わさることで、捕食者から身を守るという生存上の利点が生まれることを示しています。これは「多様性があるだけでは十分ではない」「同調だけでも十分ではない」という重要な発見です。

また、今回開発された「ゲノムワイド高次関連解析」という手法は、今後さまざまな生物種や生命現象の研究に応用できる可能性があります。集団や生態系レベルでの現象と遺伝的基盤を結びつける新しい研究の道が開かれたと言えるでしょう。