



■17年と13年だけ大発生?素数ゼミの秘密に迫る! (サイエンス・アイ新書 72) 吉村仁(著)。

素数ゼミとは、北アメリカ大陸において13年もしくは17年ごとに大発生するセミである。素数ゼミナールのことではない。なぜ周期が素数なのか？以前どこかで、寄生虫との軍拡競争の結果だと読んだ*1。2年おきとか3年おきとか5年おきとかに発生する寄生虫を避けるためにどんどん周期が長く、しかも周期が素数になったという説だ。この説にはなんとなく納得できなかった。寄生虫が素数サイクルの原因だとしたら、他の地域でも素数ゼミがいてもよさそうだし、大量発生するほうが寄生虫に弱そうな気がする。本書では、寄生虫説ではなく、近縁種との交雑を避けるためという説を挙げている。私には、こちらの説のほうが説得力がありそうに思える。詳しくは本書を読んでいただくとして、だいたいこんな感じ。

素数ゼミの祖先は、氷河期に絶滅しかけた。気温が低くなったため幼虫の成長速度が遅くなり、成虫になるために10年以上かかるようになった。厳しい環境のため個体数が減り、交尾相手を確保するため周期を合わせるようになった。特定の周期から外れて発生した個体は、個体群密度が低すぎて繁殖に成功できず、淘汰される。ここまでが、長い周期性を獲得した理由。では、なぜその周期が12年とか15年とかではダメで、素数でなければならないのか？本書によれば、交雑を避けるためとのこと。たとえば、10年周期のセミ（遺伝子型AA）と14年周期のセミ（遺伝子型aa）が同時発生して交雑したとする。その子孫の遺伝子型の頻度比はAA：Aa：aa=1:2:1となる。10年周期が優性と仮定すると、交雑の10年後には遺伝子型AAとAaの混在した個体群が生じるわけである。この個体群からは遺伝子型aaの個体（14年周期）が生まれるため、次世代の個体群密度が小さくなり絶滅する可能性が高くなる。交雑の14年後は遺伝子型aaのみの個体群が生じて、こちらのほうは純系であるが、交雑の年と比較して個体群密度は4分の1になってしまい、やはり絶滅しやすい。

言葉で書いたからわかりにくいが、要するに交雑によってロスが生じると理解してもらえばよい。うまいこと条件を合わせればシミュレーションで再現できると思われるが、すでに「学生がやってくれた」のだそうだ*2。なるべく交雑が起らない周期が素数である。素数ならば11年でも良いような気がするが、幼虫が成長するのに11年では足りなかったのだろう。17年周期のセミは北部に、13年周期のセミは南部に分布していることからも、交雑を避け、かつ、気温が低くても幼虫が成長できるだけの長い周期が必要であったことが推測できる。寄生虫説では17年ゼミが北部に分布する理由が説明できないように思われる。また、北アメリカ大陸だけに素数ゼミが進化した理由も寄生虫説では説明できない。本書の説によれば、熱帯地域との移動を制限するカリブ海やメキシコ湾の存在という北アメリカ大陸の地理的条件が素数ゼミの進化に関係している。氷河期に南に逃れることのできる地理的条件の地域では、周期性は進化しない。

いくつか別の疑問も湧いてくる。周期が単純なメンデル遺伝に従うと仮定されているが、検証されているのだろうか（ただ、単純なメンデル遺伝に従わないとしても、交雑が不利であることには変わりないだろう）。交配実験で検証可能だけれども長い年月がかかる。F1世代の表現型を調べるだけで17年かかるのだ。しかし、DNAを比較することで、間接的な証明ならば可能かもしれない。周期は13年であるが、「酵素などのいろいろな遺伝子」が17年ゼミ*3と同じものを持つ新種*4が発見されたそうである。著者の吉村は、13年ゼミと17年ゼミの交雑によって周期遺伝子以外の17年ゼミの遺伝子が個体群に広がって新種が生じたという「遺伝子浸透仮説」を提唱している。力技で全ゲノムを調べれば検証できるかも。

そのほか、フィールド調査やメイトチョイスの話が載っていた。誤植や、メンデルの法則の説明におかしな部分はあるが、ご愛嬌。