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遺伝子汚染とは、野生生物集団への制御されていない遺伝子流入を指す用語である[ 1 ] [ 2 ] 。これは「遺伝子操作された生物から自然生物への汚染された改変遺伝子の拡散、特に交配によるもの」[ 3 ]と定義されているが、より広い意味で使われるようになっている。これは、集団遺伝学の遺伝子流動の概念や、集団の適応度を高めるために意図的に導入される遺伝物質である遺伝子救済[ 4 ]に関連している。異系交配による弱勢や、絶滅につながる可能性のある望ましくない表現型の導入 などによって集団の適応度に悪影響を与える場合、それは遺伝子汚染と呼ばれる。
保全生物学者や自然保護活動家は、この用語を、家畜、野生化した種、外来種から在来の野生種への遺伝子の流れを説明するために使用しており、これは望ましくないと考えています。彼らは、「在来種と交雑して遺伝子汚染を引き起こす」可能性のある外来種の導入による影響についての意識向上を促しています。農業、アグロフォレストリー、畜産の分野では、遺伝子汚染は、遺伝子組み換え種と野生の近縁種との間の遺伝子の流れを説明するために使用されます。「汚染」という言葉の使用は、遺伝情報の混合が環境に悪影響を与えるという考えを伝えることを意図していますが、遺伝情報の混合はさまざまな結果につながる可能性があるため、「汚染」は必ずしも最も正確な記述とは限りません。
一部の保全生物学者や保全活動家は、長年にわたり、遺伝子汚染という用語を、外来種、侵入亜種、家畜、または遺伝子操作された個体群から野生の在来個体群への遺伝子の流れを説明する用語として使用してきました。[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ]
人間の介入によって集団の遺伝子プールに遺伝物質が導入されると、集団にプラスとマイナスの両方の影響を与える可能性があります。集団の適応度を高めるために意図的に遺伝物質が導入される場合、これは遺伝的救済と呼ばれます。一方、遺伝物質が意図せず集団に導入される場合、これは遺伝的汚染と呼ばれ、集団の適応度に悪影響を及ぼしたり（主に異系交配による弱勢）、望ましくない表現型を導入したり、理論的には絶滅につながる可能性があります。
導入種とは、特定の個体群に本来生息していない種で、意図的または偶発的に特定の生態系に持ち込まれた種のことです。導入の影響は非常に多様ですが、導入種が新しい環境に重大な悪影響を与える場合、侵略的外来種とみなされます。そのような例の1つが、北米へのアジアオオカミキリの導入です。これは1996年にニューヨーク州ブルックリンで初めて確認されました。これらのカミキリは貿易港の貨物を通じて持ち込まれたと考えられています。このカミキリは環境に非常に有害で、天然林を除く都市部の樹木の35%にリスクをもたらすと推定されています。[ 7 ]これらのカミキリは幼虫の漏斗状構造によって樹木に深刻な被害を与えます。生態系におけるこれらのカミキリの存在は群集構造を不安定にし、システム内の多くの種に悪影響を及ぼします。
しかし、外来種が必ずしも環境に悪影響を与えるとは限りません。ペンシルベニア州立大学のトマス・カルロとジェイソン・グレディッチは、ペンシルベニア州ハッピーバレー地域の鳥の数と多様性が、その地域の「侵略的」なスイカズラ植物の数と相関していることを発見し、外来種のスイカズラ植物と鳥が相互に有益な関係を築いていることを示唆しました。[ 8 ]外来種のスイカズラの存在は、その地域の鳥の個体群の多様性の高さと関連しており、外来種が特定の環境に必ずしも有害ではなく、完全に状況依存的であることを示しています。
保全生物学者や自然保護活動家は、長年にわたり、家畜、野生化した種、外来種から野生の在来種への遺伝子の流れを説明するためにこの用語を使用しており、これは望ましくないと考えています。[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] 例えば、TRAFFICは、野生の植物や動物の取引が自然保護の目標に対する脅威とならないように制限するために活動する国際的な野生生物取引監視ネットワークです。彼らは、「在来種と交雑して遺伝子汚染を引き起こす」可能性のある導入された侵略的外来種の影響についての認識を高めています。[ 9 ]さらに、英国政府の法定顧問である合同自然保護委員会は、侵略的外来種は「遺伝子プールを変化させる（遺伝子汚染と呼ばれるプロセス）、これは不可逆的な変化である」と述べています。[ 10 ]
外来種は、大小を問わず在来種の個体群に侵入し、深刻な影響を及ぼす可能性があります。侵入した外来種は、在来種と交配して不妊または進化的に適応した雑種を形成し、在来種の個体群を凌駕する可能性があります。外来種は、遺伝的多様性が少ないため特に脆弱な島嶼の小規模個体群を絶滅させる可能性があります。これらの個体群では、小さな島の環境に適さない可能性のある新しい遺伝子の導入によって、局所的な適応が阻害される可能性があります。たとえば、カリフォルニア沖のカタリナ島のCercocarpus traskiaeは、子孫がCercocarpus betuloidesと交雑したために、1 つの個体群しか残っておらず、絶滅寸前の状況に直面しています。[ 11 ]
野生生物と家畜化された生物の集団間の接触が増加すると、野生生物の生存能力に悪影響を及ぼす生殖上の相互作用が生じる可能性がある。野生生物とは、自然環境に生息し、人間による定期的な世話を受けていない集団のことである。これに対し、家畜化された生物は、人間が管理する地域に生息し、歴史的にも定期的に人間と接触している。家畜化された生物の遺伝子は、繁殖の結果として野生生物の集団に取り込まれる。多くの作物集団では、これは栽培作物から近隣の同種の野生植物に花粉が運ばれることによって起こる。家畜の場合、この繁殖は、逃げ出した動物や放された動物の結果として起こる可能性がある。
この現象の代表的な例として、オオカミと飼い犬の間の遺伝子流動が挙げられます。ニューヨーク・タイムズ紙は、生物学者ルイージ・ボイターニ氏の言葉を引用し、「オオカミと犬はイタリアで常に密接な関係を保ち、過去には交配もしていたと考えられますが、ボイターニ博士の見解では、新たに懸念されるのは個体数の差が拡大していることであり、これは異種交配がかなり一般的になることを示唆しています。その結果、『オオカミの遺伝子プールの遺伝子汚染は取り返しのつかないレベルに達する可能性がある』と彼は警告しました。『交雑によって、犬は容易にオオカミの遺伝子を吸収し、本来のオオカミを破壊する可能性がある』と彼は述べました。オオカミは、人間の近くで生活することに適応した、より犬のような動物として生き残るかもしれませんが、それは『今日私たちがオオカミと呼んでいるもの』ではないだろうと彼は言いました。」[ 1 ]
養殖とは、食用を目的として水生動物や水生植物を養殖する行為です。この行為は、サケの生産においてますます一般的になっています。これは特にサケ科魚類の養殖と呼ばれています。この行為の危険性の1つは、養殖されたサケが囲いから逃げ出す可能性があることです。養殖の人気が高まるにつれて、脱走事故の発生頻度がますます高くなっています。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]養殖施設は、収容されている膨大な数の急速に成長する動物を収容するのに効果的ではない可能性があります。[ 15 ]自然災害、高潮、その他の環境現象も、水生動物の脱走を引き起こす可能性があります。[ 16 ] [ 17 ]これらの脱走が危険と見なされる理由は、脱走後に繁殖する野生個体群に及ぼす影響です。多くの場合、野生個体群は、養殖されたサケの個体群と繁殖した後、生存の可能性が低下します。[ 18 ] [ 19 ]
ワシントン州魚類野生生物局は、「逃げ出した大西洋サケに関する一般的な懸念事項には、在来サケとの競合、捕食、病気の伝播、交雑、定着などがある」と述べている。[ 20 ]同局が1999年に実施した報告書では、逃げ出したサケが野生個体群に重大なリスクをもたらすとは認められなかった。[ 21 ]
作物は、食用として栽培される植物のグループを指します。長年にわたる栽培化にもかかわらず、これらの植物は野生の近縁種からそれほどかけ離れておらず、一緒に育てれば繁殖する可能性があります。多くの作物は今でも原産地で栽培されており、作物と野生の近縁種との間の遺伝子流動は野生個体群の進化に影響を与えています。[ 22 ]農家は、作物が野生の近縁種が開花する時期に作物が開花しないように作物を植えるタイミングを調整することで、異なる個体群間の繁殖を避けることができます。栽培作物は、人為選択と遺伝子工学によって変化してきました。多くの作物の遺伝子構成は野生の近縁種とは異なりますが、[ 23 ]互いに近ければ近いほど、花粉を介して遺伝子を共有する可能性が高くなります。作物と野生の近縁種の間では遺伝子流動が続いています。
遺伝子組み換え生物は実験室で遺伝子操作されており、人工選択によって繁殖された生物とは異なります。農業、アグロフォレストリー、畜産の分野では、遺伝子汚染はGE種と野生近縁種との間の遺伝子流動を説明するために使用されています。[ 24 ]この後者の意味での「遺伝子汚染」 という用語の初期の使用例は、1989年7月のThe Ecologist誌に掲載された遺伝子工学の潜在的な生態学的影響に関する広範なレビューに見られます。また、環境保護活動家のジェレミー・リフキンが1998年に著した『バイオテクノロジーの世紀』でもこの用語が普及しました。[ 25 ] 遺伝的に異なる 2 つの品種間の意図的な交配は、遺伝子の導入を伴う交雑として説明されるが、10 年以上前に倫理的議論で主導的な役割を果たしたリフキンは、(現代の)遺伝子組み換え生物(GMO) が野生の植物や動物と交配することによって自然環境に遺伝子を拡散させる意図しないプロセスによって発生する可能性がある問題を説明するために、遺伝子汚染という言葉を使用した。[ 24 ] [ 26 ] [ 27 ]
遺伝子組み換え生物と野生個体群間の遺伝子流動による悪影響に関する懸念は妥当である。米国中西部で栽培されているトウモロコシと大豆のほとんどは遺伝子組み換え作物である。グリホサートなどの除草剤に耐性のあるトウモロコシと大豆の品種[ 28 ]や、組織全体でネオニコチノイド系農薬を生成するトウモロコシ[ 29 ]も存在する。 これらの遺伝子組み換えは作物の収量を増やすことを目的としているが、実際に収量が増加するという証拠はほとんどない[ 29 ] 。科学者たちは遺伝子組み換え生物が周囲の植物や動物群集に悪影響を及ぼす可能性があることを懸念しているが、遺伝子組み換え生物と野生個体群間の遺伝子流動のリスクもまた別の懸念事項である。多くの栽培作物は雑草抵抗性があり、野生の近縁種と繁殖する可能性がある[ 30 ] 。遺伝子組み換え作物と野生個体群間の遺伝子流動がどの程度発生しているか、また遺伝子混合の影響を理解するためには、さらなる研究が必要である。
生物体内の突然変異は、化学物質や放射線に生物を曝露させることで誘発される。これは、望ましい形質を持つ突然変異体を作り出すために植物で行われてきた。これらの突然変異体は、他の突然変異体や突然変異していない個体と交配させることで、突然変異の形質を維持することができる。しかし、特定の環境に個体を導入する際に伴うリスクと同様に、突然変異した個体によって生じる変異は、在来個体群にも悪影響を及ぼす可能性がある。
2005年以来、 GeneWatch UKとGreenpeace Internationalが立ち上げたGM汚染登録簿が存在し、最新の技術を使用して遺伝子組み換えされた生物の意図的または偶発的な放出のすべての事例を記録している[ 31 ] [ 32 ] 。 [ 33 ]
遺伝子利用制限技術（GURT）は財産保護を目的として開発されましたが、遺伝子の拡散防止にも役立つ可能性があります。GeneSafe Technologies社は「ターミネーター」として知られるようになった方法を導入しました。この方法は、不稔植物を生産する種子に基づいています。これにより、交雑が不可能になるため、遺伝子が野生集団に移動するのを防ぐことができます。[ 34 ]しかし、この技術は、毎年種子を保存して使用する開発途上国の農家に不均衡に悪影響を与えるため、これまで実用化されていません（先進国では、農家は一般的に種子生産会社から種子を購入します）。[ 34 ]
遺伝子の漏出を防ぐために、物理的封じ込めも利用されてきた。物理的封じ込めには、実験室のフィルター、温室のスクリーン、野外での隔離距離などの障壁が含まれる。隔離距離は必ずしも成功するとは限らず、除草剤耐性ベントグラスAgrostis stoloniferaでは隔離された野外から遺伝子が野生に漏出した例がある。[ 35 ]
保護形質（例えば病原体抵抗性）に特に適用される別の提案方法は緩和である。緩和とは、野生個体には有利な形質（適応度に有利な形質）を、家畜化された個体には不利な形質（適応度に不利な形質）にリンクさせることである。[ 35 ]この場合、保護形質が雑草に導入された場合、雑草の全体的な適応度を低下させ、個体の繁殖の可能性を低下させ、ひいては遺伝子導入の伝播を減少させるために、不利な形質も導入されることになる。
遺伝子組み換え生物すべてが遺伝子汚染を引き起こすわけではありません。遺伝子工学には様々な用途があり、具体的には生物のゲノムを直接操作することと定義されています。遺伝子汚染は、特定の環境に本来生息していない種が導入された場合に発生する可能性があり、遺伝子組み換え生物は、導入後に遺伝子汚染を引き起こす可能性のある個体の一例です。こうしたリスクがあるため、遺伝子組み換え生物に関連する遺伝子汚染のリスクを評価するための研究が行われてきました。
遺伝子工学上のリスクだけでなく、種の交雑によって生じるリスクもあります。チェコスロバキアでは、アイベックスの個体数を増やすためにトルコとシナイ半島からアイベックスが導入されましたが、その結果、交雑種が早すぎる時期に子孫を残し、個体群全体が完全に消滅してしまいました。[ 4 ]トルコとシナイ半島のアイベックスの各個体群の遺伝子はそれぞれの環境に適応していたため、新しい環境に置かれると繁栄しませんでした。さらに、新種の導入によって生じる環境への影響は非常に大きく、生態系が特定の個体群を維持できなくなる可能性があります。
遺伝子汚染という用語で「汚染」という言葉を使うのは、意図的に否定的な意味合いを持たせるためであり、遺伝情報の混合は環境に悪影響を及ぼすという考えを伝えることを意図している。しかし、遺伝情報の混合はさまざまな結果をもたらす可能性があるため、「汚染」は最も正確な表現ではないかもしれない。グリーンピース、TRAFFIC、GeneWatch UKなどの団体を含む一部の環境保護主義者や自然保護主義者によると、遺伝子流動は望ましくない。[ 44 ] [ 31 ] [ 33 ] [ 45 ] [ 5 ] [ 9 ] [ 46 ]
「過去数百年の間に、外来種は世界中で絶滅の主要な原因となってきた。外来種の中には、在来の野生生物を捕食したり、資源をめぐって競合したり、病気を蔓延させたりするものもあれば、在来種と交雑して「遺伝子汚染」を引き起こすものもある。このように、外来種は、人間による一部の種の直接的な過剰利用と同様に、自然のバランスにとって大きな脅威となっている。」[ 47 ]
野生個体群の適応度の低下につながる場合も、望ましくないと考えられる。 [ 48 ]この用語は、突然変異によって繁殖された合成生物または遺伝子操作された生物から非GE生物への遺伝子流動と関連付けられることがあるが、そのような遺伝子流動を有害と考える人々によってそう呼ばれる。[ 24 ]これらの環境保護団体は、遺伝子操作された生物の開発と生産に完全に反対している。
政府の視点から見ると、遺伝子汚染は国連食糧農業機関によって以下のように定義されています。
「遺伝情報（多くの場合、トランスジーンを指す）が、自然界には存在しない生物のゲノムに制御不能に拡散すること。」[ 49 ]
「遺伝子汚染」という用語や、「遺伝子劣化」 「遺伝子の圧倒」「遺伝子の乗っ取り」「遺伝子の攻撃」といった類似の表現の使用については、多くの科学者が科学的に適切ではないと考えているため、議論が交わされている。ライマーとシンバーロフは、これらの用語は次のようなものであると主張している。
…これは、雑種が親種よりも適応度が低いことを示唆しているが、必ずしもそうではない。あるいは、「純粋な」遺伝子プールに固有の価値があることを示唆している。[ 47 ]
彼らは、侵入種からの遺伝子流動を遺伝子混合と呼ぶべきだと提唱している。その理由は以下の通りである。
「混合」という言葉は必ずしも価値判断を伴うものではなく、ここでは適応度の低下と関連しているかどうかにかかわらず、遺伝子プールの混合を指すために使用します。[ 47 ]
はオオカミと犬は常に密接に暮らしており、過去には交配していたと考えられているが、ボイタニ博士の意見では、新たに懸念される要素は、個体数の差が拡大していることであり、これは異種交配がかなり一般的になることを示唆している。その結果、オオカミの遺伝子プールの遺伝子汚染が不可逆的なレベルに達する可能性があると彼は警告した。交雑によって、犬は簡単にオオカミの遺伝子を吸収し、現状のオオカミを破壊する可能性があると彼は述べた。オオカミは、人間の近くで暮らすのに適した、より犬のような動物として生き残るかもしれないが、それは今日私たちがオオカミと呼んでいるものではないだろうと彼は述べた。