【FINDERS】本多 隆利｜高校生からはじめる学問のススメ　〜学びの垣根を越える〜

1990年生まれ（24歳）。長崎県出身。高校時代、生物部の部長として、養蜂業界に多大な被害をもたらす外来昆虫の研究を行い、科学の甲子園「日本学生科学賞」にて環境大臣賞受賞。同時期、長崎大学医学部との共同研究により、ヒトの耳垢型を決定する遺伝子の国内分布を調査、代表学生として学会発表し、本成果は日本人類遺伝学会会長特別賞、長崎県知事表彰を受賞。筑波大学生物学類入学後、学部１年次より研究費の助成（文科省）を受けて研究活動を開始。学部３年次、ウィーンバイオセンターサマースクールに初のアジアの大学からの雇用研究生として選出。昆虫の脳の神経回路の活動を操作し、人工的に連合記憶を誘導させた論文を発表、ネイチャー アジア・パシフィック「注目の論文」に選ばれる。米国マサチューセッツ工科大学（MIT）ピカワー学習・記憶研究所への留学を経て、現在は、日本学術振興会特別研究員（DC1）、文部科学省／日本学術振興会 博士課程教育リーディングプログラムの大学院生として、国際統合睡眠医科学研究機構（WPI-IIIS）にて睡眠研究に取り組む。つくば市長賞、筑波大学学長表彰など多数受賞。
参考：リクルート　就職ジャーナル「ハイパー学生のアタマの中」本多隆利さん（2015.6.26掲載）

長崎西高は平成17年に採択されて以来、先生方の素晴らしいご指導と生徒さんたちの活発な取り組みもあって、10年以上SSHに指定され続けています。自分もSSHを通じて、科学研究の楽しさを知り、今の興味の原点となるような多くのことを学ばせていただきました。

ー自分みたいな研究をしない学生にも、科学や数学、英語なんかに興味を持たせるような授業もあったなぁ。今はもっとカリキュラムが進化してそうだね。長崎西で講演や授業の依頼も受けているようですが、生徒にはどういった様子でしたか？

とても優秀な生徒さんが多い印象を受けました。先生方からのご依頼もあって、講義は英語でさせていただいるのですが、生徒さんは専門的な内容を英語で理解する必要があるので、難易度は高いと思います。それにも関わらず、面白い質問で応えてくれて、いつも感銘を受けます。

今、彼らは自分たちの研究成果を英語で世界に発信しようと一生懸命。自分もそんな高校生たちの挑戦に少しでも役に立てたらと思っています。気持ち程度ですが、こういった形で恩返しの機会をいただけることにとても感謝しています。

長崎西高での講演風景

ー高校生に研究を伝えるって難しそう。授業のときに何か意識していることはありますか？

確かに実験で用いた技術や方法が複雑で、専門的な知識を要求する場合が多くある。ただ、発表資料を作る際に「もし自分が高校生や中学生だったら？」と自問して、複雑な内容をどこまで正確性を担保したまま、よりシンプルな表現に還元できるか意識しています。

1番大事なのは、自分がその研究を「面白い！」と思えることだと思います。その気持ちが、伝えたい、という熱意につながると思います。

ー「サイエンスコミュニケーション」なんて言葉をよく聞くけど、やはり一般の人と専門家がつながることは大事だね。研究に携わる立場から目標にしていることなどはありますか？

目指すところとしては、小学生からおじいちゃんおばあちゃんまで、科学の面白さを伝えられることだと考えています。

それに向けたトレーニングをする機会は案外身近にあって、家族だったり、親戚や地域の子どもたちと話すときがそれだと思います。どれくらい理解してくれているか、率直なフィードバックをくれる大切な存在だと思います。

子供たちは素直だから、伝わっていないときは「わかんなーい！」って言ってくださるわけです（笑）その小さな挫折の積み重ねが、どうやったら伝わるのかと改善する糧になると思います。年末などに親戚の小さなお子さんと会う機会があれば、ぜひ挑戦してみてください。

ある昆虫との出会いから

ーこの流れで高校時代の話を聞こうかな。なんか、やたらと長い名前の虫の研究をしていたような…。

アルファルファタコゾウムシかな？

ーそれだ！高校のときに発表とか聞いてたけど、理解できなかったんだよね。まずアルファルファタコゾウムシって、どんな虫なの？

アルファルファタコゾウムシはヨーロッパ原産の昆虫。元々は日本に生息していなかった外来昆虫だね。本来アルファルファという牧草を好んで食べていたのだけど、日本においてはマメ科雑草を食害し、1980年代前半には農作物であるレンゲソウにも加害が確認されはじめた。

ーレンゲソウって、ハチミツが採れる植物だよね？

そう。今はレンゲ蜂蜜って高級なイメージがあるけど、昔はそうではなくて、高騰した理由の１つがこの昆虫による食害だと考えられている。

1982年に福岡で初めて分布が確認されて以来、急激にレンゲでの採蜜蜂群数が減少しはじめた。アルファルファタコゾウムシは拡散能力も高く、外来種であるため、国内における目立った天敵もおらず、駆除方法も確立されていなかったことが原因と考えられているよ。

ーなるほど。どうしてアルファルファタコゾウムシを研究しようと思ったの？

実は、いま話したような社会的背景は、研究を始めた段階ではあまり意識していなかった。遠足の帰り道に偶然見つけた幼虫を生物室で飼育していたら、何ともカッコいい甲虫になった。それがたまたまアルファルファタコゾウムシだったのが始まりです。

虫かごに入っていた彼らを見ていて、ある面白い行動に気づいた。ケージに入れていた紙や葉っぱの裏になぜかゾウムシたちが集合してたんだ。

この様子を見て、彼らがどうやって互いにコミュニケーションを取り、そこに集まっているのか気になって。

ー虫が集まるなんて普通だったら何とも思わなさそうなところに目をつけたんだ。それで、どんな実験をしたの？

最初の簡単な実験として、円形シャーレの両端に新品の紙とケージに入っていた汚れた紙を置いてみた。すると、汚れた紙にの方にどんどん集まってきた。おそらくこの汚れの中に「何か誘引物質が付いているのだろう」と考えた。

ちょうど、その行動を観た数週間前の生物の授業で「ゴキブリは集合フェロモンを用いて、台所の隅で会議を開いている」といった話を、先生がしていたのを思い出して。

もしかしたら、この昆虫も集合フェロモンを用いているのではないかと思って、検証実験をしてみようと思った。実験系を組むために、図書館に駆け込んで、ゴキブリの本を大量に借りていったんだけど、受付の学生にかなり変な目で見られたのは覚えてる（笑）

ーそれは怪しまれるだろうね（笑）ゴキブリが部屋に1匹いたら、もっとたくさん隠れてるって言われるのは集合フェロモンが原因なんだね。

糞に集合フェロモンが含まれているとされているね。ゴキブリの集合フェロモンは有機溶媒に溶ける脂溶性の性質がある。だからアルファルファタコゾウムシが集まった紙を有機溶媒に浸ければ、フェロモンが抽出できると思った。

ところが、有機溶媒での抽出液にはアルファルファタコゾウムシは集まらなかった。

ー失敗したんだ。

仮説とは違っていたね。いま大学で研究をしていても思うけれど、実験には失敗がつきもの。むしろ仮説と違った結果が出るとますます面白くなる。

顧問の先生にもアドバイスをいただきながらやってたんだけど、ここまでやった時にこの実験は一旦ストップする予定だった。だけどちょっと最後に試してみたいことがあって。

高校生だった自分は、素直に考えて「何かに溶かすと言ったら、水かな」と思って。それで水で抽出してみたんだよね。

ーなんか適当な感じがする（笑）

ところが驚いたことに、水の抽出液を付けたろ紙にアルファルファタコゾウムシが集まってきた。

水抽出物に集まるアルファルファタコゾウムシ

ーおぉ。高校生の純粋なアイディアが発見につながったんだ。

ー筑波大学は画期的な取り組みをしているね。でもそういう機会って、色んな形で世の中にあるんだろうね。ただそれを見つけられるか。そして活用できるか。本人の強い興味や意志が大事だね。他に筑波大学に進学した理由はある？

もう1つの理由は、ひとえに「生物学」とは言えど、膨大な分野を含むことを高校の授業の中で感じていたし、まずはどういう学問なのか、基礎となる知見を幅広く知りたかった。まずは根や幹となる基礎を固めて、そこから枝葉となる専門分野を学びたかったんだよね。

生物学類では、概論といって、例えば「動物系統学概論」から「植物生理学概論」まで、全く異なる８分野を必修で取る必要があった。この必修というのが、自分にとっては都合が良くて。自分がどの分野に興味があるのか、食わず嫌いは許されず、あらゆる分野を知る良い機会になった。

実際のところは、生命科学は分野横断が活発で、物理学や化学、工学的な要素も常に同居していて、もはや「分野」という垣根を意識するべきではないと感じた。

ー明確な目的や意識を持って大学を選んだのがわかる。なんか印象に残っている授業とかあった？

数え切れないほどあったよ。例えば、大学生になってまさか自然の中で、全力で動植物を採集して観察することになるとは思いもしなかった。虫採り少年だった頃の初心に還りました。

ーすごい詳細に描かれてる！しかも枚数がスゴい…。

実習室から出て、キャンパスを散策するだけでも、無数の見たこともない生物と出会う。その形態や採集地から、図鑑をもとに彼らが何者か調べ上げる。よく観察すると、１つ１つの精密なパーツで構成されていたり、無駄のない構造と機能を備えたその美しさに目を奪われる。

生物の形態や行動を観察すればするほど、いかに生物が複雑で、ときにシンプルで、巧妙にデザインされているか驚かされる。

ーこのスケッチを見たり、実験の話を聞いたりしてると動物って本当に面白いと思えてきた。

生物の行動を観察していると、しばしば「何を考えているのだろう？」と不思議に思う。そんな時、言葉が通じないからこそ、実験は通訳となって、彼らの考えていることを理解する手助けをしてくれる。

これまでに、ゾウムシ、ショウジョウバエ、マウスといった生物を扱ってきたけれど、その都度、その生物に適した行動実験を選択したり、あるいは自分で構築していくことがとても楽しくて。

子どもの頃から好奇心旺盛

ー生物や実験がとても好きなのが伝わってきたけど、いつから科学に興味を持ってたの？

昔から科学実験みたいなのは好きだった。今思うと変だけど、小学校の低学年の頃は、トカゲの尻尾を切って、スポーツ飲料に浸けてみたりしてた。しばらく保存できるんじゃないかと思って…。夏場に常温で保管してたら、まぁ腐るよね。

その経験から学んだのか、昔に流行ったカブトエビ飼育キットみたいなのあったよね？あれで大きく育ったけれど、死んじゃったカブトエビがいて。彼は未だに実家の冷凍庫にこっそり冷凍保存されている（笑）

たわいもない話だけど、ロウソクを上履きの裏に塗ったら、廊下を高速移動できるのではないかと考えたのよ。それで、実際にスイスイ移動できたんだけど、その日、自分のクラスの前の廊下で転ぶ人が多発して。先生にこっぴどく怒られたね（笑）そのあと反省して、すぐに雑巾掛けしました。

ー好奇心のままに自由に成長してきてるな。真面目な話はないの？（笑）

もう少し真面目なところだと、小学生から中学生まで、毎年必ず夏休みの自由研究をしてた。その成果を長崎市の科学館で展示してもらえて嬉しかったね。毎年違うテーマを選ぶことで、毎年「そーなんだ！」と思えることに出会えて楽しかった。

小学生時代の本多さん

そうだね。英語で自分の興味や志願理由を示すのは難しかった。だけど熱意が伝わったようで「君の話はLovelyだ！」ってメールが返ってきた（笑）

英語に関しては、外国人の同じプログラムの友人や研究者と関わる中で少しずつ身につけていった感じかな。もちろん今でもまだまだ修行中です。

研究所で感じたのは、多国籍環境だからこそ、それぞれの国のなまりがあって、それは個性として当然ということ。科学の場において、完璧な発音のネイティブ英語を話すことは必ずしも重要ではなくて、1番大事なのは研究内容だと学んだ。面白い研究に取り組んでいたら、みんなが必死になって聴こうとする様子が印象的だった。

ー上手く話せたほうがいいけど、なにをやってるのかが大事と。留学中の生活はどうだった？

オーストリアは公用語がドイツ語だったのもあり、何をするにも大変だったよ。

サマースクールで出会った仲間たちと

学習・記憶は、ヒトを含めたあらゆる動物において生存に欠かせない機能の1つ。

動物は「記憶」によって外界からの情報を蓄積し、後の行動に役立ているね。情報を記憶する過程が「学習」であり、過去の記憶と照合して正しい行動を選択することは、脳の最も重要な機能の1つと言える。

「パブロフの犬」って知ってる？

ー犬に音を鳴らしながらエサを与えるってことを続けると、そのうち音だけで犬がヨダレをたらすようになるってやつだよね？

そうだね。学習・記憶の重要な性質として、異なる情報を関連づける「連合性」が挙げられる。いま説明してくれた「パブロフの犬」では、音とエサ（報酬）という刺激を連合することで犬は音を聴くだけでエサがもらえることを予測しているよね。

連合学習は動物界で広く見られる行動だけど、実はどのような神経回路にもとづいて織り成されているか詳細には分かっていなかった。

そこで、シンプルな脳構造をもつショウジョウバエの幼虫を用いることで、連合学習行動を支える神経回路の同定に挑んだ。

ーほぅ。ハエみたいな小さい動物も学習できるんだね。

そうだね。実はショウジョウバエは約10万個の神経細胞から構成される立派な脳をもっている。学習・記憶は、種を超えて保存されている行動である点からも、その重要性が明らかだね。

ショウジョウバエの幼虫の場合、パブロフの犬で言うところの音刺激の代わりに、特定の匂い刺激を呈示して、報酬刺激ではスクロース（ショ糖）を用いる。

両方の刺激を呈示することで匂いと報酬を連合して覚えることができるんだよ。連合学習が成立すると、条件付けに用いた匂い物質の方に有意に寄っていくことが知られている。

ー小さいけど脳の機能はパワフルなんだね。

そうだね。ただ、この行動を産み出すために機能している脳内の神経回路は詳しく分かっていなかった。

この図（下図）を見てほしいんだけど、匂い情報を伝える嗅覚受容体ニューロンは、記憶の中枢であるキノコ体という場所へ投射している。一方、ショ糖のような報酬刺激はオクトパミン神経を介して伝わり、キノコ体で匂い情報と統合されて、連合記憶が形成されているのではないか、と仮説を立てた。

ショウジョウバエの連合記憶の神経回路と仮説

この仮説を検証するため、すなわち、この神経回路が、生きた個体で学習が成立するときに実際に機能しているのか、実験的に証明できるか取り組んだ。

つまり、匂いを伝えている嗅覚受容体ニューロンと、報酬を伝えているオクトパミン神経の両方を同時に活性化したら、連合記憶が形成されて、学習行動に変化が生じるのか確かめようとした。

ーなるほど。理論は分かったけど、実際に動いている動物の脳内の神経回路の活動をどうやって操作するの？

それが1番大事なところ。理論を証明できる方法が存在するかどうか。もしその方法が存在しなければ、これまでの偉大な研究者たちの論文から学び、それを礎（いしづえ）にして実現できるかどうか試してみる必要がある。

今回の研究では、2つの独立した神経回路の活動をそれぞれ操作するために、2つの最先端の技術を組み合わせることで、それを実現した。

1つ目は光遺伝学（オプトジェネティクス）という方法。青い光を受けて細胞を活性化させる機能をもつタンパク質を、遺伝子組み換えにより特定の嗅覚受容体ニューロンに発現させた。この幼虫は、青色光を照射すると何か特定の匂いを感受している状態になる。（図1左下）

2つ目は熱遺伝学（サーモジェネティクス）という方法。これは、高温条件になると細胞を活性化させる機能をもつタンパク質を、遺伝子組み換えによりオクトパミン神経細胞に発現させた。この幼虫は、熱刺激を与えるとまるで報酬を受けている状態になる。（図1右下）

図1：光遺伝学と熱遺伝学を用いて人工的な連合記憶を植え付ける

このようにして匂い刺激は光刺激、報酬刺激は熱刺激で反応するよう、それぞれ置き換えられた遺伝子組み換えショウジョウバエを作製した。このショウジョウバエを用いて、光と熱を同時に与えることによって、匂いと報酬を伝える2つの異なる回路を同時に活性化させることに成功した。

図2：人工記憶の形成により、青側に行く幼虫が増えた

国際統合睡眠医科学研究機構（WPI-IIIS）

ーよろしくお願いします！今回、研究内容や進路選択について話を聞かせていただきましたが、高校生や大学生になにか伝えたいことはありますか？