魚類スキャン計画がスタート 約3万種完遂目指すCT画像のアーカイブを無料で公開、米ワシントン大

ナショナルジオグラフィック日本版

ハチェットフィッシュの仲間(Thoracocharax stellatus)のスキャン画像。詳細なCT撮影の美しさと便利さがよく分かる。(ILLUSTRATION BY ADAM P. SUMMERS)

「サメやエイのような軟骨だけしかない魚が、硬い骨をもつ魚のように動き回ることができるのはなぜなのだろう?」。15年以上も前にこんな疑問を持ったことから、バイオメカニクスの専門家である米ワシントン大学のアダム・サマーズ教授の奇妙な知的探求の旅は始まった。

サマーズ氏はある日、トビエイが食べるために貝を砕く方法を知ろうと、CTスキャンを利用してエイの骨格をデジタル化した。異なる角度からX線を照射し、得られたデータを組み合わせて3次元画像にすることで、エイの体内の構造を詳細に知ることができた。(参考記事:「エジプトの猫ミイラ、新X線技術で撮影に成功」

このデジタル画像がエイの生物学的特徴や行動や歴史について貴重な洞察を与えてくれたことから、サマーズ氏のなかで大胆なプロジェクトの構想が膨らみ始めた。彼はこの春、アマゾン川のハチェットフィッシュの仲間(Thoracocharax stellatus)から、大西洋西部の藻場をうろつくウチワハギ(Monacanthus ciliatus)や、ミシガン湖で見つかったスポッテッドガー(Lepisosteus oculatus)まで、地球上の2万5000~3万3000種の魚のすべてをスキャンして、その画像をデジタル化するプロジェクトにのりだした。

米ワシントン州サンファン諸島にあるワシントン大学フライデーハーバー研究所を拠点とするサマーズ氏は、以前から、こうした画像がバイオメカニクスの基本的な謎の解明に役立つことに気づいていた。彼は、複数の染料を用いて魚の骨格標本を染色し、複雑で美しい画像を作ることでもよく知られている。

「私は、魚がどのようにしてものに吸着したり、穴を掘ったりするかを調べ、自然界をヒントにした新しい材料や新しい手法の開発に取り組んできました。例えば、穴を掘る魚の骨格は、穴を掘るロボットのヒントになるのです」とサマーズ氏。「魚の防御器官についてのプロジェクトも進めています。魚の防御器官はどのように進化してきて、機動性を失うことなくウロコなどの硬いよろいを身にまとうという課題をどのようにして解決したのかという研究です」

けれども、魚のスキャンには多額の費用がかかるため、彼が米マサチューセッツ大学アマースト校とハーバード大学比較動物学博物館の大学院生として画像の作成を始めたときには、主にボストン地域の医療センターに頼み込んでCTスキャンを使わせてもらっていたという。

「当時は資金がなかったので、病院のCTスキャンのオペレーターにチョコレートバーと面白い話を持っていくことが見返りでした」とサマーズ氏は笑う。

技術が向上すると、彼は民間から34万ドルの寄付を集め、2015年の秋に最高級のCTスキャナーを購入した。そして海から約50mのところに装置を設置し、より大きな可能性を模索しはじめた。

「私たちにヒントを与えてくれる自然界の生物を直接スキャンできるようになったのです」と彼は言う。

この装置は、グレープフルーツ2個分ほどのサイズまでのものや動物をスキャンできる。サマーズ教授はほかの研究者にも装置を使わせているが、撮影対象は博物館に収蔵されている標本に限定している。彼は画像をウェブにアップロードし、「Open Science Framework」というWebサイトで無料で公開している。また、ほかの科学者と協力して、マグロやカジキなどの大きい魚もデジタル化しようとしている。

 「装置が身近になったことで、使用法についての考え方が変わりました」とサマーズ氏。

カジカの一種(Enophrys taurina)のスキャン画像。科学者たちは、こうした画像に捉えられた詳細から、生物についての理解を深めることができる。(ILLUSTRATION BY ADAM P. SUMMERS AND T. J. BUSER)

サマーズ氏は、複数の標本を同時にスキャンすることが多い。1つずつスキャンするのに比べて、費用と時間の両方を節約することができるからだ。つい最近も、1回の調査で13種のウミタナゴをスキャンすることができたが、これはウミタナゴ科の半数に相当する。これまで何週間もかかったことが、突然、数週間でできるようになったのだ。

世界中のすべての魚をスキャンするという考えは、かつては数十年を要する夢物語だった。けれども今は、外部からの十分な支援があれば、わずか数年でできるだろうと考えている。現時点で、アイルランドの周囲の海の小さな岩の間にいるウバウオの仲間(Lepadogaster lepadogaster)、青と黄色のツートンカラーのオウゴンニジギンポ(Meiacanthus atrodorsalis)、北極のヤギウオ(Pallasina barbata)などを含む540種のスキャンが終わっている。

サマーズ氏は、研究者たちがデータを利用する方法の多様性に毎回驚かされている。

「私たちはそれぞれ異なる観点を持っているため、同じものを見ても違った発見があるのです」

ほかの生物学者たちは、彼の画像を参考資料として利用しはじめている。さまざまな種のカジカ科の頭蓋骨のスキャン画像からは、浅い海に住む種と深い海に住む種をつなぐ手がかりが得られた。ある種のウミタナゴは口の奥深くにもう一揃いの臼歯を持つが、彼が撮影したウミタナゴの画像は、この魚の進化をめぐる謎を解くのに役立っている。

ウシノシタの仲間(Trinectes maculatus)は、魚類の形態の多様性を示す好例だ。(ILLUSTRATION BY ADAM P. SUMMERS AND KEVIN CONWAY)

サマーズ氏は冗談めかして、「作業の進行の妨げになっているのは、ここにスキャンをしに来る人を私が指導する必要があることと、この小さい島ではインターネットの接続がよくないことだけです」と言う。

彼はすでに次のプロジェクトの初期段階に着手している。フロリダの科学者たちと協力して、陸と海のすべての脊椎動物をスキャンしてデジタル化したいと考えている。

(文 Craig Welch、訳 三枝小夜子、日経ナショナル ジオグラフィック社)

[ナショナル ジオグラフィック ニュース 2016年7月26日付]