DNAが99%同じでも人の脳だけが大きくなる理由が判明
人の脳は、いちばん近い親戚であるチンパンジーやゴリラの脳よりも、ずっと大きく育ちます。
とくに大きく広がったのが、脳の表面をおおう「新皮質」と呼ばれる部分です。
新皮質は、ものを考え、先の計画を立て、言葉を使うといった働きの中心です。
ところが、タンパク質を作るためのDNAの並びは、人とチンパンジー、ゴリラのあいだで98〜99%が同じです。
人だけが持つ遺伝子もいくつか見つかっていますが、それだけでは脳の大きさの差を説明しきれません。
ほとんど同じ材料から、なぜこれほど違う脳ができあがるのでしょうか？
この謎に、ある国際研究チームが「ミニ脳」を使って挑みました。
チームが目を付けたのは、遺伝子そのものではなく、その「使われ方」でした。
研究の詳細は、独ドレスデン工科大学らにより、2026年10月9日付で学術誌『Nature Communications』に掲載されました。
類人猿の胎児の脳は調べられない
脳の大きさの土台が決まるのは、おなかの中にいる胎児の時期です。
この時期に、神経細胞のもとになる細胞(神経前駆細胞)が分裂をくり返し、新皮質の神経細胞の大半を生み出します。
人の新皮質が大きくなったのは、このもとの細胞の増える力が強まったためだと考えられてきました。
なかでも注目されているのが、「基底放射状グリア(bRG)」という幹細胞です。
この細胞は、脳の外側へ向かって長い腕(突起)を伸ばしているのが特徴です。
ところが、人のbRGの性質を変えたDNAの変化は、まだ突き止められていませんでした。
本来なら類人猿の胎児の脳を調べたいところですが、その利用は厳しく制限されており、研究には使えません。
細胞を皿に平らに広げて育てる方法もありますが、脳の組織の形までは再現できません。
そこでチームは、人、チンパンジー、ゴリラのiPS細胞から「ミニ脳(脳オルガノイド)」を育てました。
iPS細胞は体の細胞から作られ、さまざまな種類の細胞に育つ力を持っています。
ミニ脳は、脳が育つ途中のようすを、皿の中で立体的に再現した細胞の塊です。
育てたミニ脳の中には、長い腕を伸ばしたbRGもきちんと含まれていました。
比べたのは、育て始めて8週目のミニ脳と、妊娠13〜14週の人の胎児の脳です。
チームは腕の有無や目印のタンパク質を手がかりに、細胞を種類ごとにより分けました。
こうして、3種のbRGを同じ条件で並べて比べる準備が整ったのです。
人の幹細胞で目立った599か所のDNAは何を操る？
チームがまず調べたのは、細胞の中のDNAのどこが「開いているか」です。
DNAは折りたたまれて収まっていますが、ところどころに「開いた」場所があります。
開いている場所は、近くの遺伝子の働きを調節する役目を持つことがあります。
3種のデータを重ね合わせると、共通して比べられる場所が22万5395か所見つかりました。
全体を見渡すと、違いはまず細胞の種類で大きく分かれ、幹細胞から神経細胞へと育つ順に並びました。
細胞の大まかな性質は、3種のあいだで共通していたのです。
その次に大きな違いを生んでいたのが、種の違いでした。
そこでチームは、人のbRGで、チンパンジーやゴリラより強く開いている場所を探しました。
さらに、皿の中だけの話にしないため、人の胎児の脳のbRGでも開いている場所に絞り込みました。
こうして残ったのが、人のbRGで強く開いている599か所です。
実験を率いたシュッツェ博士は、これを照明の明るさを変える「調光スイッチ」にたとえます。
遺伝子をオンかオフかで切り替えるのではなく、働きの強さを上げ下げする短いDNAの並びだというのです。
599か所は、ほかの細胞での開き方から、3つのグループに分かれました。
1つめは、もともと神経細胞などで開いていた場所が、人では幹細胞でも開くようになったグループです。
残りの2つは、類人猿の幹細胞でも少し開いていた場所(1つはチンパンジーとゴリラの両方、もう1つはゴリラだけ)が、人ではぐっと強く開くようになったグループです。
では、この599か所のスイッチは、どの遺伝子を操っているのでしょうか？
チームは別のミニ脳のデータを使い、DNAのどことどこが近くにあるかを手がかりに、スイッチと遺伝子を結び付けました。
その結果、599か所のスイッチは、合わせて589の遺伝子につながっていました。
その顔ぶれには、前脳(脳の前の部分)の発生に関わる遺伝子や、神経細胞どうしのつなぎ目(シナプス)の組み立てと働きに関わる遺伝子がありました。
細胞どうしをくっつける遺伝子や、神経細胞の移動に関わる遺伝子も含まれていました。
これらの多くは、細胞や組織の形を組み立て、作り変える仕事をする遺伝子です。
しかもその多くは、幹細胞よりも、育ちきった神経細胞で働くとみられる遺伝子でした。
遺伝子の働きぶりを人とチンパンジーで比べた解析でも、人で強く働いていた遺伝子に「細胞の突起の調節」などの働きが多いという傾向は、bRGだけに見られ、ほかの前駆細胞には見られませんでした。
つまり人のbRGは、神経細胞が自分の形を作る仕組みを、幹細胞の段階で借りて使っている可能性があるのです。
枝分かれを支える2つの遺伝子
この考えを確かめるため、チームはスイッチが操る遺伝子から2つを選び、人のミニ脳の中で働かないようにしました。
1つは「FAM107A」で、細胞の骨組み(アクチン)にくっつくタンパク質を作る遺伝子です。
もう1つは「CNGA3」で、細胞の電気的な状態を変えるイオンの通り道を作る遺伝子です。
骨組みの動きも電気的な活動も、神経細胞が枝を伸ばして形を作るときに関わる仕組みです。
2つの遺伝子を止めると、人のbRGの形の複雑さが損なわれました。
人のbRGの込み入った形を保つには、この2つの遺伝子が欠かせなかったのです。
では、細胞の腕が枝分かれすると、なぜ脳が大きくなるのでしょうか？
論文がこれまでの研究をもとに挙げるのは、次のような考え方です。
枝の多い幹細胞は、周りと触れ合う点が増え、分裂をうながす信号を受け取りやすくなります。
信号を受け取り続けるあいだは、早々と神経細胞に変わってしまうことが抑えられます。
その分、幹細胞は分裂を何度もくり返し、より多くの神経細胞を生み出せるというわけです。
ただし論文でも、2つの遺伝子が細胞の増え方や生み出す神経細胞の数に関わる点は、「可能性」として述べられています。
細胞の成長や腕の伸び方に関わる遺伝子はほかにも見つかっており、2つと一緒に働いているかもしれません。
研究には、まだ限られた点もあります。
類人猿の胎児の組織はほとんど手に入らないため、種のあいだで発生の時期を直接そろえるのは難しいのです。
チームは、妊娠期間が3種でよく対応することや、ミニ脳の育ち方を時間を追って比べることで、時期のずれを確かめました。
また、この時期のデータでは、bRGと、脳の内側にいるもう1種類の放射状グリアをはっきり分けられませんでした。
一方で、人の別の2つの細胞株から育てたミニ脳でも、599か所の開き方は同じ傾向でした。
ほかの研究で人6系統、チンパンジー3系統から育てたミニ脳のデータとも、大きく重なっていました。
研究を率いたアルバート教授は「人の脳を特別にしているのは、必ずしも違う遺伝子ではない」と語ります。
人は類人猿とほぼ同じ道具箱を、違う設定で使っているのだといいます。
人の脳は、類人猿とおおむね共通の道具箱を使いながら、遺伝子の調光つまみの設定を変えて、幹細胞の形をより複雑にしてきたのかもしれません。
参考文献
How Human Brains Outgrew Ape Brains (Neuroscience News)
https://neurosciencenews.com/evolution-neurodevelopment-primate-human-brain-32366/
元論文
Human-specific morphoregulatory signatures in basal radial glia characterise neocortex evolution
https://doi.org/10.1038/s41467-026-78474-0
ライター
山下 浩介: むずかしい研究を、なるべく分かりやすく伝えたい。専門の言葉はふだんの言葉に置きかえて、身近な例で例える。それで「わかった」「楽しかった」と言ってもらえたら嬉しいです。
好きなのは、通学路や台所や日常の中にある科学。眠っているあいだに記憶が整理される話や、虫の鳴き方に意味がある話のように、読み終わったあとに誰かへ話したくなる研究を探しています。
編集者
ナゾロジー 編集部