Physicist in a Biologist’s Body
マリーは、物理学者と共同で行えばより効果的だと思われる進化への関心を深めるため、物理学科や進化生物学科のない UCSF 医学部からハーバード大学に移ってきました。 「私は16歳を過ぎても正式には数学をやっていないのですが、物理学者の友人たちと考え方が似ていることがわかりました」と彼は説明する。 理論物理学者と同じように、「ゲームのルール」を理解したいと言うのです。 「私が大学院生だった頃、物事がなぜそのように動くのかを問うことは悪いことでした。 私が大学院生だったころは、物事がなぜそのように動くのかを問うのはよくないことだとされていました。 しかし、実際には、「どのように」は「なぜ」によって重要な形で形成されることが多いのです」
今日、マレイの研究の多くは、酵母とそれが環境の変化にどう応答するかに焦点を当てています。 「ほぼ間違いなく、その反応は過去の歴史と、学習に相当する進化的なものと関係があります」と Murray は言います。 マレー教授の研究室の物理学者たちは、ハーバード大学の物理学者デビッド・ネルソンと協力して、酵母のような生物の集団が空間的、時間的にどのように拡大するか、その拡大を制御する力、拡大する辺境での集団の多様化につながる要因や妨げる要因などの問題に取り組んでいます。 「つまり、物理学出身で理論をしっかり学び、実験のやり方を学んでいる学生やポスドクが、明日の勇敢な新生物になってくれることを期待しています」
現在、マレー氏の主な研究テーマは、実験室で酵母に新しい性質を進化させることができるかどうかを見極めることです。 ある研究では、単細胞生物がどのように、そしてなぜ結合して多細胞の塊を形成するのかという問題に取り組んだ(9)。 Murray教授らは（9）、拡散の物理学によって、細胞が隣接する細胞から恩恵を受けることができるという考えから出発した。 実際、酵素を使って環境中のタンパク質を栄養分に変換して浮遊する単一細胞は、その栄養分のごく一部しか取り込むことができない。 しかし、ある細胞が数個の隣接する細胞とくっつくと、自分が作った栄養分だけでなく、隣接する細胞がそれぞれ作った栄養分も吸収するようになるのだ。 実際、マレーら（9）は、栄養素が乏しい場合、塊になることで単細胞よりも酵母が有利になることを示し、資源の共有が多細胞生物の進化の原動力となったことを示唆しました。 マレイの就任論文では、多細胞生物が分化した細胞をどのように、またなぜ発生させたかという問題に、合成生物学を用いて取り組んでいます。 前者は、細胞がまず塊を形成するように進化し、後で分化するというもので、後者は、細胞がまず分化し、栄養分の交換によって互いに支え合い、後で初めて結合するというものであった。 WahlとMurray（1）は、塊状酵母の株を操作して、この2つの進化の可能性を直接比較することを可能にした。 彼らは、多細胞化後の分化の方が、変異体の侵入に強く、より安定した戦略であることを示しました（1）。 マレーは、このような知見は、進化がこのように起こったことを証明するものではない、と慎重に述べている。 マレーは、このような発見は、進化がこのように起こったことを証明するものではない、むしろ「進化はこのように起こったかもしれない」と慎重に述べている。 たとえば、博士研究員のグレッグ・ウィルデンバーグと共同で、体内時計のように24時間かけて低蛍光から高蛍光に変動する24時間振動子を進化させた酵母の作製に成功した（10）。 マレーは、実験室で進化について学んだことを、自然淘汰についてより深く理解するために役立てたいと考えている。 また、形質が遺伝子を破壊する突然変異から生じることが多いのか、それとも、時間をかけて遺伝子を改良していくゆっくりとした漸進的プロセスから生じるのか、明らかにしたいとも考えている。 「我々は、自然界における進化を調べ、形質が最近になって進化した例を見つけ、それが遺伝子の機能を破壊する突然変異によるものか、遺伝子を改良する突然変異によるものかを問うことに非常に興味を持っています」とマレーは述べています
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