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国際生物学賞

国際生物学賞 歴代受賞者

第35回国際生物学賞 受賞者について


ナオミ・エレン・ピアス博士
(Dr. Naomi Ellen Pierce)

生年月日 1954年10月19日(64歳) ナオミ・エレン・ピアス博士
国籍 米国
現職 ハーバード大学
生物体・進化生物学科ヘッセル教授
   
略歴 1983年 ハーバード大学 生物学 (Ph.D.)
1983年–1984年 グリフィス大学 生物学 博士研究員
1984年–1986年 オックスフォード大学 生物学 講師
1986年–1989年 プリンストン大学 生物学科 助教授
1989年–1990年 プリンストン大学 生物学科 准教授
1991年–現在 ハーバード大学生物体・進化生物学科ヘッセル教授、
比較動物学博物館チョウ目主事
栄誉歴 1988年–1993年 マッカーサーフェロー
1996年 ハーバード大学シニアフェロー
2008年 米国科学振興協会フェロー
2011年 米国昆虫学会フェロー
2012年 英国王立昆虫学会名誉フェロー
2016年 米国自然史学会エドワードウィルソン博物学賞
2017年 イェール大学ピーボディ博物館ベリルメダル
2018年 米国芸術科学アカデミーフェロー
研究業績

種間共生の進化
シジミチョウ幼虫とアリの間にみられるような「友好的」相利共生関係を、競争的プロセスである自然選択の観点から迫るパイオニア的研究がピアス博士の研究の原点である。ピアス博士は、アリとシジミチョウの双方が、実は利己的動機で行動していることを様々な実験的証拠で示した。アリはチョウから栄養源である蜜を得て、その報酬に寄生蜂などの天敵からチョウを守るが、この「助け合い」にはコストが伴い、たとえばチョウはアリに与える蜜をつくるため痩せてしまう。このような背景から、相利共生は寄生に転じることもある。ピアス博士はシジミチョウ幼虫を集団にすると、個々の個体が出す蜜を「節約する」ことを発見した。さらに共生するアリの幼虫を食べてしまうゴマシジミのような寄生性が、相利共生から何度も派生したことを明らかにした。最近では、蜜の「麻薬効果」でアリの脳のドーパミン量を操作し、アリを奴隷のような用心棒にしているシジミチョウも発見した。しかし寄生性は必ずしも進化の袋小路でなく、アシナガシジミ類のように寄生化したまま多種に分化した例があることも明らかにしている。

アリと腸内微生物の共進化
アリの現存種はゆうに2万種を超えると推定されるが、ピアス博士らはそれらが地球上で繁栄した背景に腸内共生微生物が関与する証拠を示した。熱帯の樹冠では、アリはほとんど蜜だけを食べて生活しているが、ピアス博士らは、複数の樹上性アリの系統群で腸内に窒素リサイクル共生微生物を見つけ、アリが「粗食に耐える理由」を説明した。また逆に肉だけを食べているアリでも、やはり多数の腸内共生微生物を見出した。これと対照的に、雑食性のアリには腸内共生者は少ないことを明らかにした。ピアス博士らの研究は、生物が極端な環境に進出する際の微生物という「友」の存在の重要性を例示する。

昆虫の系統と分類
現代的な種間比較アプローチでは、研究する生物群の系統情報が必要となる。そこで、ピアス博士らは、博士の主な材料生物である、アリ、チョウ類、ハナバチ類、ハナバチに送粉共生するランの分子系統樹を作成した。なかでもアリ全体(Moreau et al. 2006)とチョウ全体(Espeland et al. 2018)の高次系統樹は、それらの比較研究において、標準参照体系として現在では欠かせない道具になっている。これらの情報から、たとえば新大陸を代表するチョウであるシジミタテハ類の起源がアジアであること、ウスルリシジミ属では核型(染色体)の差異が種分化の原動力であること、ランと共生ハナバチの種分化の時期はシンクロしていないこと、ハナバチでは社会進化にはコミュニケーションのコストが存在することなど、過去の論争に一石を投じる様々な学説を提示した。

昆虫/植物/植物寄生菌の関係の機能分析
ピアス博士は、上記の生態学的研究だけでなく、分子生物学・生化学的研究をも進めている。中でも成功したのは、植物食性昆虫と植物病原菌という異なるタイプの天敵に対する植物の防衛反応に関する研究である。これはハーバード大学医学部のオースベル博士らとともに、シロイヌナズナ(植物)とシュードモナス(植物寄生性細菌)という2つのモデル生物を材料に始めた研究だが、さらにシロイヌナズナに寄生するハモグリバエを加えたことにピアス博士の独創性がみられる。このハモグリバエは、モデル昆虫であるショウジョウバエにごく近縁で、三者のゲノム情報から植物の防御機能に関与する遺伝子とシグナルカスケードを探索している。

昆虫の社会や視覚の分子生物学、環境問題など
博士の分子生物学的研究もまた多岐にわたり、上記の他に、単独性から真社会性までの様々な社会発達段階を示すコハナバチ類における社会行動に関与する遺伝子や、ミツバチやチョウの色覚に関与するオプシン遺伝子の特定に成功している。最近では、微量のネオニコチノイド殺虫剤への継続的暴露がマルハナバチの社会行動に様々な障害を与えることを明らかにし、保全生物学上も重要な成果をあげている。

代表的な論文および著書

    種間共生の進化(Evolution of symbiotic species interactions)

  1. 1) Schär, S., Eastwood, R, Arnaldi, K.G., Talavera, G., Kaliszewska, Z.A., Boyle, J.H., Espeland, M., Nash, D.R., Vila, R. and N.E. Pierce. (2018) Ecological specialization is associated with genetic structure. Proceedings of the Royal Society B 285: 20181158
  2. 2) Hojo, M.K., Pierce, N.E. and K. Tsuji. (2015). Lycaenid caterpillar secretions manipulate attendant ant behavior. Current Biology 25: 2260-2264
  3. 3) Archetti, M., Scheuring, I., Hoffman, M., Frederickson, M.E., Pierce, N.E., Yu, D.W. (2011). Economic game theory for mutualism and cooperation. Ecology Letters 14: 1300-1312 (cover)
  4. 4) Pierce N.E. and P.S. Mead (1981). Parasitoids as selective agents in the symbiosis between lycaenid butterfly caterpillars and ants. Science 211: 1185-1187
  5. アリと腸内微生物の共進化(Coevolution between ants and microbiota)

  6. 5) Hu, Y*, Sanders, J.G. *, Łukasik, P., D’Amelio, K, Millar, J.S., Vann, D.R., Lan, Y., Newton, J.A., Schotanus, M., Kronauer, D.J.C., Pierce, N.E., Moreau, C.S., Wertz, J.T., Engel, P. and J.A. Russell. (2018). Herbivorous turtle ants obtain essential nutrients from a conserved nitrogen-recycling gut microbiome. Nature Communications 9: 964
  7. 6) Baker, C.C.M, Martins, D.J., Pelaez, J.N., Billen, J.P.J., Pringle, A., Frederickson, M.E. and N.E. Pierce. (2017) Distinctive fungal communities in an obligate African ant plant mutualism. Proceedings of the Royal Society B 284: 20162501;
  8. 7) Sanders, J.G., Powell, S., Kronauer, D.J.C., Vasconcelos, H.L., Frederickson, M.E. and N.E. Pierce. (2014). Stability and phylogenetic correlation in gut microbiota: lessons from ants and apes. Molecular Ecology 23: 1268-1283
  9. 8) Russell, J.A., Moreau, C.S., Goldman-Huertas, B., Fujiwara, M., Lohman, D.J. and N.E. Pierce. (2009). Bacterial gut bacteria are tightly linked with the evolution of herbivory in ants. Proceedings of the National Academy of Science USA 106: 21236-21241
  10. 昆虫/植物/植物寄生菌の関係の機能分析(Functional analyses of insect/ plant/ microbe interactions)

  11. 9) Haney, C.H., Wiesmann, C.L., Shapiro, L.R., O’Sullivan, L. R., Khorasani, S., Melnyk, R.A., Xiao, L. Han, J., Bush, J., Carrillo, J. Pierce, N.E. and F.M. Ausubel. (2018) Rhizosphere-associated Pseudomonas induce systemic resistance to herbivores at the cost of susceptibility to bacterial pathogens. Molecular Ecology 27: 1833-1847
  12. 10) Groen, S.C., Whiteman, N.K., Bahrami, A.K., Wilczek, A.M., Cui, J., Russell, J.A., Cibrian-Jaramillo, A., Butler, I.A.E., Rana, J., Huang, G.H., Bush, J., Ausubel, F.M. and N.E. Pierce. (2013). Pathogen- triggered ethylene signaling mediates systemic induced susceptibility to herbivory in Arabidopsis. Plant Cell 25: 4755-4766
  13. 11) Whiteman, N.K., Gloss, A.D., Sackton, T.B., Groen S.C., Humphrey, P.T., Lapoint, R.T., Sønderby, I.E., Halkier, B.A., Kocks, C., Ausubel, F.M. and N.E. Pierce. (2012). Genes involved in the evolution of herbivory by a leaf-mining, drosophilid fly. Genome Biology and Evolution 4: 900-916 (cover).
  14. 12) Cui, J. Bahrami, A.K., Pringle, E.G., Hernandez-Guzman, G., Bender, C.L., Pierce, N.E. and F. M. Ausubel. (2005). Pseudomonas syringae manipulates systemic plant defense against pathogens and herbivores. Proceedings of the National Academy of Science USA 102: 1791-1796; News & Views, Nature Reviews Microbiology 3: 192
  15. 昆虫の系統と分類(Insect phylogeny and systematics)

  16. 13) Espeland, M., Breinholt, J., Willmott, K.R., Warren, A.D., Vila, R., Toussaint, E.F.A., Maunsell, S.C., Kwaku, A.-P.,Talavera, G., Eastwood, R. Jarzyna, M.A., Ries, L. Guralinick, R., Lohman, D.J., Pierce, N. E. and A.Y. Kawahara. (2018). Comprehensive higher-level phylogeny of butterflies (Papilionoidea) inferred from genomic data. Current Biology 28: 770-778
  17. 14) Ramírez, S.R., Eltz, T., Fujiwara, M.K., Gerlach, G., Goldman-Huertas, B., Tsutsui, N.D. and N.E. Pierce. (2011). Asynchronous diversification in a specialized plant-pollinator mutualism. Science 333: 1742-1746
  18. 15) Ramírez, S.R., Gravendeel, B., Singer, R.B., Marshall, C.R. and N.E. Pierce. (2007). Dating the origin of the Orchidaceae from a fossil orchid with its pollinator. Nature 448: 1042-1045 (cover)
  19. 16) Moreau, C.S., Bell, C.D., Vila, R, Archibald, S.B., and N.E. Pierce. (2006). Phylogeny of the Ants: Diversification in the Age of Angiosperms, Science 312: 101-104 (cover)
  20. 社会行動の進化(The evolution of social behavior)

  21. 17) Kocher, S.D., Mallarino, R., Rubin, E.R., Yu, D.W, Hoekstra, H.E. and N.E. Pierce (2018) The genetic basis of a social polymorphism in halictid bees. Nature Communications 9: 4338- 4346
  22. 18) Crall, J.D., Switzer, C.M., Oppenheimer, R.L., Ford-Versypt, A., Dey, B., Brown, A., Eyster, M, Guérin, C., Pierce, N.E., Combes, S.A. and B.L. de Bivort. (2018) Chronic neonicotinoid exposure disrupts bumblebee nest behavior, social networks, and thermoregulation. Science 362: 683-386
  23. 19) Wittwer, B., Hefetz, A., Simon, T. Murphy, L.E.K., Elgar, M.A., Pierce, N.E. and S.D. Kocher. (2017) Solitary bees reduce investment in communication compared with their social relatives. Proceedings of the National Academy of Science USA 114: 6569-6574; doi:10.1073/pnas.1620780114 (cover)
  24. 20) Kocher, S.D., Pellissier, L., Veller, C., Purcell, J., Nowak, M.A., Chapuisat, M. and N. E. Pierce. (2014). Transitions in social complexity along elevational gradients reveal a combined impact of season length and development time on social evolution. Proceedings of the Royal Society B 281: 20140627.