クロウの原理

クロウの原理は、「非常に多くの問題に対して、最も都合よく研究できる、いくつかの動物、またはそのような動物がいくつかある」と述べています。この概念は、神経行動学、比較生理学、そして最近では機能ゲノム学など、比較方法に依存する生物学の分野の中心です。

クローの原理は、毛細血管系の解剖学と生理学の解明に貢献した功績によりノーベル生理学賞を受賞したデンマークの生理学者オーガスト・クローにちなんで名付けられました。クローは1929年にアメリカ生理学誌でこの原理について説明しました。しかし、この原理が初めて説明されたのは、これより約60年前の1865年、実験医学のフランスの先駆者であるクロード・ベルナールによって、彼の著書「実験医学入門」の27ページで、クローとほぼ同じ言葉で説明されていました。

科学的調査、高度な重要性の研究。Le choix heureux d'un動物、d'un device construit d'une 確かなfaçon、l'emploi d'un réactif au lieu d'un autre、suffisent souvent pour résoudre les question générales les plus élevées。 (「科学研究では、最も小さなプロセスが最も重要です。動物の幸運な選択、特定の方法で作られた機器の選択、別の試薬の代わりにある試薬の使用など、多くの場合、最も高次の一般的な問題を解決するには十分です。 ")

— クロード・ベルナール、『医学実験入門』、JB Baillière et Fils、帝国医学アカデミー図書館、1865 年。400 ページ。

クロウは、1929 年に当時の生理学の「現状」に関する論文の中で、次のように書いています (強調追加)。

...私は、理想に向かって努力できる道は、無数の生物のあらゆる側面における生命機能を研究することであるということを強調したい。哺乳類の 腎臓機能の基本的なメカニズムは、すぐにわかるかもしれない、いや、わかるだろう。しかし、排泄の一般的な問題は、排泄器官がどこにあっても、その基本的な変化のすべてを研究することによってのみ解決できる。さらに、そのような研究は、人間の 腎臓の問題に対する私たちの洞察を広げ、深めることは確実であり、最も狭い実利的な観点 からも価値があることがわかるだろう。そのような多数の問題に対して、最も都合よく研究できる、ある動物、またはそのような動物がいくつかあるだろう。何年も前、私の先生であるクリスチャン・ボーアが肺の呼吸機構に興味を持ち、各肺を通した交換を別々に研究する方法を考案したとき、彼はある種のカメが首の高いところで主気管支に分かれる気管を持っていることを発見しました。私たちは研究室の冗談で、この動物は呼吸生理学の目的のために特別に作られたと言っていました。同様に特別な生理学的目的のために「作られた」動物がかなりたくさんあることは間違いありませんが、それらのほとんどは「作られた」人々には知られていないのではないかと思います。私たちは動物学者に頼んでそれらを見つけ、手に入れなければなりません。」

— オーガスト・クロウ『生理学の進歩』アメリカ生理学雑誌、1929年、90(2) pp. 243-251

「クローの原理」は、1975 年に生化学者ハンス・アドルフ・クレブス(クエン酸回路を最初に説明した人物) が初めて言及する まで、正式な用語としては使用されませんでした。

さらに最近では、2004年にデンマークのニーボーで開催された国際神経行動学会の第7回会議で、クロウの原理が中心原理としてグループによって引用されました。クロウの原理は機能ゲノミクスの分野でも注目を集めており、この分野では、ゲノミクス研究を従来の分野の範囲を超えてより多様な生物に拡大することへの圧力と要望が高まっています。

クロウの原理の中心となる概念は、進化的適応です。進化論では、生物は特定のニッチに適応しており、そのニッチの中には特定の生物学的問題を解決するために高度に特化しているものもあります。これらの適応は、通常、生物学者によっていくつかの方法で利用されます。

• 方法論: (例: Taq ポリメラーゼとPCR ): 実験室で生物系を操作する必要性から、生物の特殊化が促進されました。Krogh の原理の一例は、広く使用されているポリメラーゼ連鎖反応(PCR) に見られます。これは、特定の目的の配列を増幅するためにDNAを急速に高熱にさらす方法です。多くの生物のDNA ポリメラーゼ 酵素は高温で変性しますが、この問題を解決するために、Chien と同僚は、熱水噴出孔に生息する細菌株であるThermus aquaticusに着目しました。Thermus aquaticus は、PCR に必要な温度で熱安定性のあるポリメラーゼを持っています。通常呼ばれているように、生化学的に改変された Taq ポリメラーゼは、現在 PCR アプリケーションで日常的に使用されています。
• 技術的限界の克服: (例:軟体動物の大型 ニューロン): 2 つのノーベル賞受賞研究は、神経系生理学における技術的限界を克服するために、クローの原理の中核となるアイデアを使用することで促進されました。活動電位のイオン的基礎は、最初の電圧クランプ装置の開発者であり、1963 年のノーベル生理学・医学賞の共同受賞者であるホジキンとハクスリーによって 1958 年にイカの巨大軸索で解明されました。電圧クランプは現在、現代の神経生理学における中心的な技術ですが、イカの巨大軸索の大きな直径を使用することによってのみ開発が可能でした。別の海洋軟体動物である後鰓類のアメフラシは、個体から個体へと簡単に識別およびマッピングできる比較的少数の大型神経細胞を持っています。これらの理由から、アメフラシは学習と記憶の細胞および分子基盤の研究に選ばれ、 2000年にエリック・カンデルがノーベル賞を受賞するきっかけとなりました。

• より複雑/微妙なシステムを理解する(例:メンフクロウと音源定位)。技術的な制限を克服するだけでなく、クロウの原理は、収斂進化と相同性の観点から特に重要な意味を持ちます。進化の歴史、または特定のニッチに対する特定の制約のため、すべての生物学的問題に対する無限の解決策は存在しません。代わりに、生物は同様の神経アルゴリズム、動作、または構造を利用して同様のタスクを達成します。神経系が音を使用して物体を定位する方法を理解することが目標である場合、マーク・コニシ、エリック・クヌーセン、および彼らの同僚が研究したメンフクロウなどの聴覚「専門家」を使用するアプローチを取ることができます。メンフクロウは本来夜行性の捕食者であり、耳に音が到達する時間に関する正確な情報を使用することに大きく依存しています。このアプローチから収集された情報は、脳がどのように感覚空間をマッピングするか、神経系がどのようにタイミング情報をエンコードするかについての理解に大きく貢献しました。

• オーガスト・クロウ
• 比較生理学
• 進化生理学
• クロッグの長さ
• 神経行動学

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