自然史博物館と聞いて思い浮かべるのは、おそらく恐竜の骨格標本、洞窟人や生息環境を再現したジオラマ、あるいは生き生きとした森林やバイオドームといったものでしょう。あるいは、仕事にあぶれた俳優を雇うのに適した場所だと考えるかもしれません。世界中の自然史博物館には、こうしたさまざまな展示品が存在します。博物館が果たす役割において教育は極めて重要ですが、実際にはその舞台裏において、これらは正当な研究機関であり、多様な分野における学術研究において重要な役割を担っています。

自然史博物館の役割とは

博物館には、コレクションの管理・研究を行う私のような科学者が多数在籍しています。他の多くの研究機関と博物館を決定づける違いは、何十年、あるいは数百年にわたって蓄積されてきた標本のコレクションを有している点にあります。これらは地球上の生命の物理的なデータベースであり、サンプリングそのものです。そして、博物館は今なおその収集を続けています。したがって、多数の頭蓋鳥、毛皮、死んだ鳥、化石だけでなく、組織も所蔵しています。現在では新しい試みとして、DNAサンプルも保管されています。また、長年にわたる探検の記録や、生息地に関する情報、遺伝子データも保管されており、こうした知見の蓄積は日々拡大し続けています。

この膨大な生物学的情報の蓄積は、自然史に関する継続的に成長する情報源となっています。収集されたアイテムは、さまざまな方法で保管および準備されます。多くの昆虫は乾燥させた後、ピンで固定されます。ご記憶にある通り、これはダーウィンが遺した有名な蝶のコレクションに似ています。また、小さめの脊椎動物や無脊椎動物の多くは、瓶の中で腐敗するのを防ぐためにアルコールに浸して保存されます。科学者は、特に大型の標本については骨格標本も収集します。象がすっぽり入るような大きな瓶は現実には存在しません。仮に象をアルコール漬けの瓶に収めることができたとしても、研究のためにその象を瓶から取り出そうとする人は誰もいないため、そうする意味がありません。これは、なぜ骨格情報がそれほど重要であるかを示す極端な例です。このように、植物や動物のグループによって、それぞれ異なる特別な前処理の要件があります。例えば、鳥類は羽の色を確認できるように、スキン標本として処理されることがよくあります。

地球上の生命の記録

こうした自然史博物館のコレクションが存在する根本的な理由は、私たちが暮らす世界、そして宇宙全般に関するデータや情報を収集し、保護し、共有することにあります。しかし私たちが着目している具体的な対象に絞れば、それはまさに植物と動物で構成される「生命の樹（Tree of Life）」に関わるものです。

動植物を研究することは、あらゆる生物がどのように適合し、互いにどのように関連し合い、動物同士、あるいは動物と有機体がどのように相互作用しているかを捉えようとする試みです。それは生物多様性の描写であり、違いや類似点が何であるかを見出し、この地球上の生命の歴史を理解することにほかなりません。したがって、こうした自然史コレクションは非常に大規模で多様なものとなります。例えば、ニューヨークにあるアメリカ自然博物館は北米で最大規模の博物館ではありませんが、最大級の一つです。ここには、2,400万点の無脊椎動物、450万点を超える化石、200万点の魚類、100万点の鳥類に加え、爬虫類、両生類、哺乳類、民族学および考古学の資料、さらに鉱物や隕石が収蔵されています。同館には、世界各地から集められた、数百年の歴史を持つ膨大かつ多様な標本が揃っています。今日では、これに急速に拡大するDNA組織のコレクションが加わっています。

人々はこうしたサンプルを何に活用しているのでしょうか。実際、これらのデータは非常に幅広い用途に利用されています。従来、博物館のコレクションは、新種の記載、動物群内の変異の理解、あるいは捕食行動の調査などに使用されてきました。また、科学者たちは形態学や、グループ間の変異についても調査を行っています。残念ながら、現在リョコウバトを見つけられる場所は博物館以外にありません。かつてリョコウバトは北米に何十億羽も生息するありふれた鳥でしたが、現在では絶滅してしまいました。最終的に、研究者たちは標本収集時には誰も想像しなかったような、非常に興味深く予測しなかった応用方法を見出しています。ツボカビ（Chytrid Fungus）を例に挙げてみましょう。これは世界中で大量の両生類を死に至らしめている病気です。この世界的な両生類の減少は深刻な問題です。発生源や時期は定かではありませんが、研究者は博物館のコレクションを調べ、世界中から集められた10年前、20年前、100年前の博物館標本を綿棒で拭き取ってこの菌の存在を検査することができます。これにより、この菌がどこから発生し、どのように拡がっていったかを実際に検証することが可能です。

ジュラシック・パークのようだって？

博物館のコレクションは常に活用されており、世界中から人々が研究に訪れ、標本は世界各地へ貸し出されています。これは素晴らしいことであり、長年にわたりこのように運用されてきましたが、CTスキャンを活用することで、自然史博物館のコレクションには全く新しい可能性の領域が切り開かれています。

例えば、私たちは約1,000万年前の琥珀に閉じ込められた標本に出会いました。これらは琥珀に閉じ込められたものとしては史上最古級のトカゲであり、しかも非常に多様性に富んだ多数の標本が含まれていたため、大変な興奮を覚えました。通常の顕微鏡で観察した際には、「お、これはなかなか興味深く、いくつかの特徴がかろうじて確認できるぞ」と考えました。そして、「これらはヤモリか、あるいは他の何かだろう」と思いました。

そこで私たちはコンピュータ断層撮影を用いて非破壊検査を実施しました。CTスキャンにより、非常に詳細な内部構造を観察することが可能になり、ソフトウェアを使用して特定領域を「解剖」して取り出すことができました。約1,000万年前の動物の目にある骨の輪である強膜環を確認することができ、これは実に驚異的です。まるで映画『ジュラシック・パーク』の世界そのものです！

CTがもたらす共同研究の可能性

また、CTスキャンのデータを利用してこれらの動物の3Dプリント製レプリカを作成し、他の研究者と共有しました。この情報を共有することの応用価値は非常に大きなものです。CTスキャンにより、博物館はデジタル化されたデータを瞬時に人々と共有できるようになります。さらに、世界中の人々が同じ動物を同時に研究するといった、大規模な共同研究も可能になります。各研究者にとって、この3Dモデルは事実上、その動物の正確な複製となります。それに加え、この種のデータのオンラインストレージを構築し、オンラインリソースとして活用できるように取り組んでいるウェブサイトもいくつか存在します。コンピュータ断層撮影のメリットに気づく研究者が増えるにつれて、この傾向は一層加速するでしょう。

デジタル「解剖」による標本の保護

私たちがデジタル上で標本を扱う際に行っているのは、ボクセルの領域を区切り、それらを特定の領域に割り当てて独立したオブジェクトとして処理することです。その後、密度勾配を追加し、密度に関連付けられた色を変更したり、透明度を変更したりすることさえ可能です。異なるボリュームを作成し、互いに独立して動かすことができます。例えば、顎が固く閉じた状態で固定された標本において、ソフトウェアを使用して実際に顎を動かし、上顎とどのように噛み合うかをシミュレーションしました。琥珀に入ったトカゲについても同様の処理を行い、頭蓋骨を再構築する際にデジタル上で再びすべてを組み立て直しました。こうした作業のすべてがCT技術によって可能となります。

最後に、教育分野への応用があります。標本が広く共有されるようになれば、進化や生物多様性、その他あらゆる事柄を教えるための応用がどのようなものになるか容易に想像できるでしょう。例えば、デジタルCT再構築データやそこから作成された3Dプリントとして標本を利用できる環境があれば、教室で収斂進化について学ぶ場面を想像してみてください。翼の進化について本で読む代わりに、学生が鳥の翼、コウモリの翼、プテラノドンの翼を実際に手に持ち、相同な骨を比較することができます。それは本当に驚くべき体験です。