コリン・ピッテンドリ

コリン・スティーブンソン・ピッテンドリグ（1918年10月13日 - 1996年3月19日）^[1]は、イギリス生まれの生物学者で、成人してからの人生の大半を米国で過ごした。ピッテンドリグは「体内時計の父」とみなされており、ユルゲン・アショフやエルヴィン・ビュニングとともに現代の時間生物学の分野を創始した。彼は、ショウジョウバエや他の種の概日時計の特性を注意深く記述し、概日リズムが局所的な明暗周期にどのように同調（同期）するかについての最初の正式なモデルを提示したことで知られている。^[1]

コリン・ピッテンドリグは1918年10月13日、ノーサンバーランド（現在のタイン・アンド・ウィア）沿岸のウィットリー・ベイで生まれました。 1940年にダラム大学（現在のニューカッスル大学）で植物学の学位を取得しました。^[2]

ピッテンドリグは良心的兵役拒否者であったため、第二次世界大戦中は戦時中にイギリスに輸出されていたバナナやその他の果物の生産量を改善するために戦時任務に就いた。また、ロックフェラー財団やトリニダード政府で生物学者として働き、軍事基地付近のマラリア対策にも取り組んだ。彼は森林の樹冠に着生するアナナス科植物（葉が重なり合ってできた「タンク」）で繁殖する蚊によって媒介されるマラリアの疫学を研究した。彼は森林の樹冠内および対照的な森林構成間のアナナス科植物の分布について鋭い観察を行った。彼は蚊の活動パターンの日々のリズムを観察し、特に活動のピーク時間は樹冠レベルによって種によって異なることに注目した。これらの蚊の刺咬リズムに関する研究は、生物学的リズムへの関心を発展させるきっかけとなり、後にショウジョウバエの羽化リズムに関する実験研究につながった。^[3]

ピッテンドリグは戦時中にマーガレット・「マイキー」・ドロシー・アイテルバッハと結婚した。その後すぐに二人はトリニダード島に移り、熱帯雨林に住み、ピッテンドリグは戦争の一環としてマラリア対策に取り組んだ。^[4]彼は1945年に米国に戻った。マーガレットとコリンには二人の子どもがおり、現在コロラド州ルイビルに住むロビン・ルークとボーズマンに住むコリン・ジュニアである。ピッテンドリグには孫息子と孫娘がいた。^[1]ピッテンドリグは熱心なフライフィッシングとアウトドア愛好家で、ロッキー山脈への愛から妻と共にモンタナ州ボーズマンに引退した。^[1]

戦後、ピッテンドリグはコロンビア大学に入学し、進化遺伝学者テオドシウス・ドブジャンスキーの指導の下、生物学の博士号を取得した。^[5] 1947年にコロンビア大学を卒業すると、プリンストン大学の教授陣に加わり^[1]、生物学の助教授として概日リズムに関する研究を始めた。プリンストン大学在学中の1950年に米国市民権を取得し、1965年から1969年まで大学院学部長を務めた。^{[6] [7]ピッテンドリグは、アメリカ航空宇宙局（} NASA ）長官の科学諮問委員会を含む、さまざまな国家科学委員会でも委員を務めた。^[6]

1969年、ピッテンドリグはプリンストン大学を離れ、スタンフォード大学の教授に就任し、そこで人間生物学プログラムの設立に携わり、後にホプキンス海洋研究所の所長となった。^[1] 1976年から1984年までホプキンス海洋研究所の所長を務めていたピッテンドリグは、スタンフォード大学の100年以上の歴史を持つ海洋生物学研究所の再建に貢献し、現代の分子生物学、生態学、生体力学を導入し、この研究所を国際的に有名で活気のある研究所に変えたとされている。^[1]

ピッテンドリグは1984年にスタンフォード大学を退職し、モンタナ州ボーズマンに移った。ここで彼は生物時計の研究を続け、モンタナ州立大学ボーズマン校の教授陣と協力し、講義を行った。 ^[1]

ピッテンドリグは、1958年にユルゲン・アショフが初めて米国を訪れたときに出会った。ピッテンドリグはショウジョウバエの羽化率を研究し、アショフは鳥類、哺乳類、人間の連続的な概日リズムを研究した。彼らは、同調モデルについて2つの異なる結論に達し、アショフはパラメトリック同調概念（1日を通して徐々に同調する）を支持し、ピッテンドリグはノンパラメトリック同調概念（同調は突然で1日1回）を支持した。対立する見解にもかかわらず、アショフとピッテンドリグは親しい友人であり続け、生涯にわたって熱心に意見やアイデアを交換した。彼らの研究は、セルジュ・ダーンによって「常に調和しており、決して同期していない」と評された。^[8]

第二次世界大戦中、ピッテンドリグは北アフリカ戦線用の野菜の栽培を手伝い、現地の軍隊を苦しめていたマラリアを抑える方法を考案するためトリニダードに派遣された。ここで彼は蚊の繁殖習性と繁殖にブロメリアの貯水池が必要であることに関する重要な発見をした。ピッテンドリグは蚊の個体数を制御する独創的な解決策を見つけた。蚊はこれらの植物に集まる水槽で繁殖するため、水槽をなくすことで蚊の個体数は絶滅した。ブロメリアに硫酸銅 (CuSO4) 溶液 (人体には無害) を散布すると、ブロメリアは死に、蚊の繁殖環境も破壊された。マラリア研究に加えて、ピッテンドリグは蚊の日々の活動リズムを研究したことで体内時計に興味を持ち、後にプリンストンでこのテーマを本格的に追求することになった。^[9]

ピッテンドリグは、生物系が生物時計と見なされるために備えていなければならない重要な基準の多くを確立する上で影響力がありました。彼がショウジョウバエの羽化（昆虫が蛹の段階から羽化する過程）のリズムを研究した研究^[8]では、1) 羽化のリズムは環境からの刺激がなくても（つまり一定の条件で）持続する、2) ほとんどの化学反応とは異なり、羽化の周期は周囲温度の変化にさらされても比較的一定のままである（「温度補償」）、^[10]、3) 羽化のリズムはハエの自然周期（τ）に近い光周期によって同調できる、ということが実証されました。

1958 年初頭、ピッテンドリグは位相応答曲線 (PRC) の概念を考案しました。^[11] PRC により、クロノバイオロジストは、生物系が光スケジュールの変更によってどのように影響を受けるかを予測できるようになりました。ピッテンドリグとウッディ・ヘイスティングスの研究室でほぼ同時に検出された PRC は、その後すぐにピッテンドリグによって提案された非パラメトリック同調モデルの基礎となりました。この非パラメトリック同調モデルは、環境周期 (T) と生物の固有周期 (τ) の差が、光がサイクルの特定の位相 (φ) に当たると毎日瞬時に修正され、この差に等しい位相シフト (Δφ) が生成されると予測しました。これは、Δφ(φ) = τ - T という式で表されます。^[8]

PRC は同調を理解する上で非常に貴重ですが、モデルにはいくつかの注目すべき問題があります。PRC はショウジョウバエの羽化リズムを正確に記述しますが、哺乳類の同調のさまざまな側面を予測するのに問題があります。哺乳類の主観的な昼または夜の間隔を圧縮すると、PRC によって予測されない活動の変化につながります。後に、これらの違いは部分的には τ と PRC が同調によって変更可能な柔軟なエンティティであることによるものであることが示されました。ピッテンドリグ自身も、彼の同調モデルは単純化に基づいており、すべての同調ケースを正確にモデル化できないことを認識していました。しかし、このモデルは同調の理解を深める上で顕著であり、今日ではノンパラメトリック同調の概念を教えるために広く使用されています。^[8]

ピッテンドリグの親友であるアショフは、対照的なパラメトリック同調モデルを提唱し、光は内因性周期（τ）を長くしたり短くしたりすると同時に、振動のベースラインも変化させると提唱した。^[8]このパラメトリックモデルは、光が概日振動の周期に影響を及ぼし、振動の形状（波形）と振動の動くレベルを変える可能性があることを示唆した。アショフの連続同調モデルは大部分が忘れ去られたが、アショフの貢献がピッテンドリグの非パラメトリック同調モデルの欠点に対処し、説明するのに役立ったことを覚えておくことは重要であり、ピッテンドリグの非パラメトリック同調モデルは現在広く教えられ、受け入れられている。

1964年から1965年にかけて、ピッテンドリグはジョシュア・レーダーバーグとともに全米科学アカデミーの火星探査委員会の共同委員長を務め、火星に生命が存在するかどうかを調査した。^[12]このプロジェクトはニューヨークのスタンフォード大学とロックフェラー研究所で実施され、1964年の夏に始まり1965年10月に終了した。^[13]同じ時期に、彼はNASAの宇宙生物学助成金を受け、「バイオ衛星と地球上の概日リズム」に関する研究を行った。^[14]この研究では、軌道上にいることが概日リズムにどのような影響を与えるかを研究した（ただし、彼がどの生物を研究したかは不明であり、この研究に関するその後の出版物は見つかっていない）。ピッテンドリグは国際宇宙研究委員会（COSPAR）の汚染防止委員会にも参加していた。 ^[6]この委員会は、火星を地球の生命で汚染し、火星で生命が自然発生したかどうかを知る機会を人類が失うリスクに対処している。1966年、ピッテンドリグは1964年から1965年にかけて行われた宇宙生物学研究の結果をまとめた「生物学と火星探査：研究報告書」を共同執筆した。^[13]

ピッテンドリグとダーンは、夜行性げっ歯類の概日リズムのペースメーカーの特性に関する調査結果を報告した 5 本の論文を発表しました。主な調査結果は次のとおりです。

ワンパルスシステム^[15] ピッテンドリグは、長時間（例えば12時間）連続してげっ歯類に光を当てて「昼間」を表現する代わりに、主観的な夜に15分間の光パルスを照射するだけで動物の位相シフトを引き起こすのに十分であることを示した。これは概日時計の非パラメトリック特性を裏付けている。

光パルスに対する反応における種間および種内の差異^[16] (すなわち PRC の差異) 同じ種に属するかどうかに関わらず、より長い周期 (τ) を持つげっ歯類は PRC の前進ゾーンがより大きくなります。これは、現地時間 (24 時間) に同調するために位相遅延をより頻繁に必要とするためです。より短い周期 (τ) を持つげっ歯類の場合はその逆です。これが現実世界で示唆するのは、人間を含むほとんどの昼行性生物の周期は 24 時間より長いため、PRC の前進ゾーンがより大きくなる傾向があるということです。一方、夜行性動物の周期は 24 時間より短いことが多いため、遅延ゾーンがより大きくなります。

2パルスシステム（またはスケルトン光周期）^[17] 光周期性（つまり、昼間の長さを変えること）の効果をテストするために、ピッテンドリグとダーンは2パルスシステムを発明しました。これは、夜明けに1回フラッシュし、夕暮れにもう1回フラッシュし、2つの光パルスの間隔を変えることで光周期の変化を模倣したものです。光周期（つまり昼間）が12時間を超えると、位相ジャンプ（ψジャンプとも呼ばれ、ψは同調の位相角）が発生し、元の夜間の活動が、より長くなった昼間にジャンプします。時計は2番目の光パルスを光の開始と1日の始まりとして扱うため、ψが突然変化します。しかし、光周期が完全な自然界（つまり、昼間を通して光が絶えず照らされている）では、ψジャンプは観察されません。これは、光のパラメトリック効果に関するアショフのモデルを裏付けています。

二重発振器モデル^[18] ピッテンドリグは、一定の光と強い光強度の下で、ハムスターの運動活動が2つの部分に分かれ、それぞれが独自の周期を持っていることを観察しました。そこで彼は、E＆M（夕方と朝）二重発振器モデルを提唱しました。通常、2つの発振器は互いに結合しており、通常測定する中間の自由実行周期を生成します。しかし、一定の強い光強度の下では、2つの発振器は結合を解除し、それぞれが独自の周期で自由実行し、180°離れて安定するか、再び結合します。活動のピークが近いほど、互いへの影響が大きくなります。このモデルは、アショフの法則にまとめられたτとαを定量的に取り入れており、自由実行周期への後遺症は、以前の明暗履歴から予測されます。

分子生物学の技術が進歩するにつれ、研究者は E&M デュアル オシレーター モデルを裏付ける分子レベルの証拠を数多く発見しました。たとえば、ショウジョウバエの PDF (色素分散因子) 産生細胞の実験では、PDF は朝の活動の生成には十分ですが、夕方のピークには影響を及ぼさないことが示されています。哺乳類では、通常のハムスターは両側の SCN (視交叉上核) (哺乳類の主な概日リズム ペースメーカー) が互いに同位相であるのに対し、分裂ハムスターでは SCN が互いに逆位相であることが示されています。進行中の研究では、夕方のオシレーターの特性を明らかにし、E&M オシレーター間の相互作用を研究しようとしています。

ピッテンドリグの研究の後半は、ショウジョウバエにおける光周期反応の温度依存性の研究に費やされた。^[19]この研究は、光周期反応曲線（PPRC）の開発に極めて重要であった。PPRCは、同調を説明する際に季節的な日長の変化を考慮した位相反応曲線である。彼は、マスター発振器が光に敏感で、スレーブ発振器が温度に敏感な別の二重発振器モデルを提唱した。このモデルは、変化する光刺激に対して顕著な同調反応が見られ、変化する温度に対しては弱まるものの依然として顕著な反応が見られるという彼の観察を説明できる。ピッテンドリグはまた、ショウジョウバエのper変異体（per遺伝子の変異により遺伝的に固有周期が長くなったり短くなったりする）と、温度および光刺激に対するそれらの異なる同調反応の研究でノプカと共同研究を行った。^[20] per変異体は温度依存性が損なわれており、これは変異体の温度発振器の活動が野生型に比べて低下していることを示唆している。これは温度と光の二重モデルシステムを支持するもう一つの証拠です。

• 1940年：イギリスのダラム大学卒業
• 1940-1945:ロックフェラー財団のためにトリニダードに駐在し、マラリアの研究に従事
• 1948年：コロンビア大学博士論文
• 1947年: プリンストン大学生物学助教授
• 1950年:米国市民権を取得
• 1960年:コールドスプリングハーバー生物時計シンポジウムの組織委員長
• 1969年：スタンフォード大学で研究を始める
• 1976-1984:ホプキンス海洋研究所所長^[1]

• NASA上級職員^[6]
• 米国科学アカデミーの研究：「生物学と火星探査」^[12]
• 米国科学アカデミー会員^[1]
• アメリカ芸術科学アカデミー会員^[1]
• アメリカ哲学協会会員^[21]
• グッゲンハイムフェローシップ^[1]
• アレクサンダー・フォン・フンボルト賞^[1]
• チェコ科学アカデミー金メダル^[1]
• ホプキンス海洋研究所所長（1976-1984）^[1]
• アメリカ自然科学協会会長^[1]
• アメリカ科学振興協会副会長^[1]

• コリン・S・ピッテンドリグ、77歳、生物学者、体内時計の専門家、ニューヨーク・タイムズ、1996年3月26日
• コールドスプリングハーバー
• 概日生理学辞典