毎晩、夜行性のハワイアン ボブテイル イカ (Euprymna scolopes) ）太平洋の浅瀬にある巣穴から現れて、エビを狩る.これらの体が柔らかく、ゴルフ ボール サイズの頭足類は、アザラシ、ウナギ、魚などの捕食者から身を守る手段がほとんどありません。そのため、彼らは別の生物に助けを求めています:バクテリア Vibrio fischeri .この微生物はイカのインク嚢に埋め込まれた器官に住み、月の光に合わせて一晩中光を放ちます。
フロリダ大学宇宙生命科学研究所の微生物学者であるジェイミー・フォスター氏は、「基本的には、イカにとって小さな隠れ家のような役割を果たしています。イカは、捕食者から身を守るカモフラージュを手伝う見返りに、バクテリアに栄養を与えて器官に誘い込む糖を提供します.
この相互に有益な関係は何百万年にもわたって進化してきており、多細胞動物と微生物がどのように協力して生存の可能性を高めているかを示す数多くの例の 1 つです。しかし、科学者は、これらの関係がどのように進化するか、または動物がこれらの共生を促進する特殊な器官を成長させる理由についてはまだほとんどわかっていません.
今回、フォスター氏と国際的な研究者チームは、ハワイアンボブテイルイカのゲノムをマッピングし、これらの問題を調査するための新しいツールを作成しました.チームは、イカのゲノムを解析することで、イカの光器官の進化が、生殖をサポートする第 2 の共生器官の進化経路とはまったく異なる経路をたどっていることをすでに発見しました。 全米科学アカデミー紀要に掲載 、調査結果は、人間を含む動物と微生物の相互作用の将来の研究の基礎を築きます.
この研究は、イカの最初のゲノムの完成でもあり、2015 年にタコのゲノムマップが公開された後、あらゆる種類の頭足類では 2 番目のゲノムが完成したことになります。共生関係を研究する分野です」と、シカゴ大学の研究者であり、タコのゲノムのマッピングを支援したが、この新しい研究には関与していない Cliff Ragsdale 氏は述べています.
触手、色の変化する皮膚、その他の生物学的新奇性を考えると、ボブテイル イカは、人間や他の動物の共生の研究を助けるための最も明白な候補のようには見えないかもしれません.しかし、科学者たちはこの種を共生のモデルとして 30 年以上研究してきました。 「私たちは多くの遺伝子を共有しており、多くの [遺伝] 経路を共有しているため、これらのモデル システムから私たち自身の健康について多くのことを学ぶことができます」と Foster 氏は述べています。たとえば、人間とイカは免疫系の構成要素のいくつかを共有していると彼女は指摘しました。実際、私たちの免疫システムは非常に似ているため、フォスターはイカを宇宙に送り、宇宙飛行に対する人間の免疫反応について詳しく調べています。
これらの有益な共通点に加えて、ボブテイル イカには、共生研究に役立つ独自の性質があります。人間の腸や他のほとんどの共生器官が自然界で行うように、バクテリアのコンソーシアムと提携するのではなく、ボブテイルイカの光器官はVと厳密に一夫一婦制の関係を築いています.フィシェリ .イカの免疫システムは、光器官内のこの 1 種類のバクテリアだけを認識して育て、他のすべての求婚者を追い払います。コネチカット大学の共生専門家で、この研究の共著者である Spencer Nyholm 氏は、次のように述べています。
ゲノムがマッピングされたので、研究者は次のステップに進み、これらの関係が展開する解剖学的部位の起源を探ることができます。光器官の場合、イカは空の光に合わせて発光する光を監視および調整できなければなりませんでした。 「彼らは、基本的に目と同じようなことをする方法を必要としていました」と Nyholm は言いました。実際、研究チームは、リフレクチンと呼ばれる高濃度の反射タンパク質を生成する遺伝子など、イカの眼でも広く使用されている光器官に活性遺伝子を発見しました。イカは、この有用な新しい器官を作成するために、すでに利用可能だった遺伝子を複製し、変更したようです。これにはたまたま目のようなレンズが含まれています.
チームが研究した 2 番目の共生器官である付属副腎 (ANG) は、別の方法で発生しました。 ANGは雌にのみ見られ、細菌を含んだゼラチン状のコーティングを生成し、イカの卵が他のコロニー形成微生物によって汚染されるのを防ぎます.この臓器には多くの種類のバクテリアが収容されており、ボブテイル イカの体の他の場所ではなく、他のどのイカでも活性化されていない新しい遺伝子を強力に発現しています。 「この器官が進化するためには、これらの遺伝子を構成する必要がありました」と Nyholm 氏は述べています。
2つの器官は別々に進化しましたが、どちらもイカの進化の比較的最近に発生したようです.光器官の場合、約3000万年前.それは、イカとタコが分岐してからおよそ 2 億 4000 万年後のことです。
「これは多大な貢献だと思います」と、コーネル大学で共生を研究する昆虫学者であり、The Symbiotic Habitという本の著者であるアンジェラ・ダグラスは言いました。 . 彼女は、ゲノムがあれば、研究者はこれらの器官がどのように進化したかについて特定のシナリオを除外し、動物が微生物と健全な関係をどのように形成するかをより深く掘り下げることができるはずであると指摘しました.
「『微生物は悪い』、『清潔さは敬虔さの次である』、そして動物は微生物を検出して殺すのに非常に優れているというパラダイムがあります」とダグラスは言いました。それでも、多くの生物は一般的に微生物の生息地を提供しています。 「私たちはそれらを容認するだけでなく、実際に必要なのです」と彼女は付け加えました。
新しいゲノムは、研究者が微生物が宿主の進化にどのように影響し、その逆もまた同様であるかを研究するのにも役立つだろうと、オーストラリアのノースクイーンズランドにあるジェームス クック大学の海洋生物学者であり、最近の mBio の著者である David Bourne は述べています。 さまざまな海洋種にわたるこの種の共進化の証拠を文書化した論文。 「微生物の驚異的な多様性と豊富さは、共進化のこれらの概念を理解し始めることを困難にします」と彼は言いました.しかし、ボブテイル イカ モデルの単純さとゲノムの利用可能性は、この複雑さの一部を解明するのに役立ちます.
生物が微生物に依存するさまざまな方法は、カモフラージュや卵の保護をはるかに超えています。たとえば、テキサス大学オースティン校の進化生物学者であるナンシー・モラン氏によると、ミツバチは健康を維持するために 8 種類の腸内細菌に依存しており、アブラムシは細菌に依存して食事から簡単に見つけることができないアミノ酸を生成しています。 、新しい論文を編集した人。 Moran のアブラムシのゲノム研究では、アブラムシが再利用された遺伝子と新しい遺伝子を組み合わせてアミノ酸を生成する器官を構築していることを発見しました。
動物の宿主は、微生物に餌を与えて収容することに加えて、彼らが行う有益な仕事をサポートするために進化してきました.研究者たちは、ボブテイル イカがカメラのシャッターのようにインク袋を使って、出てくる光の量を調節しているのではないかと考えている、と Nyholm は述べた。そして、イカの血液細胞の一部が光器官に入り込み、自らを犠牲にして、その過程で糖の顆粒を放出するようです.次に、バクテリアは糖を発酵に使用します。これにより、バクテリアの光生成酵素であるルシフェラーゼが光を生成するのに役立つ酸性環境が作成されます。
人間は、微生物の活動をサポートする特定の微小環境も進化させてきた、と Nyholm は指摘した。胃は非常に酸性ですが、結腸はよりアルカリ性です。各臓器のさまざまな微生物群集は、それぞれの条件下で繁栄します。イカと同様に、人間の免疫システムは、これらの異なる場所にいる共生生物を認識して歓迎するように進化してきました.
しかし、信号がうまくいかず、免疫系がこれらの有益な細菌を認識できなくなると、炎症性腸疾患やその他の免疫障害などの状態が発生する可能性がある、と Nyholm は指摘した.したがって、これらの異なる環境でイカがバクテリアとどのように通信するかを理解することによって、研究者は最終的にこれらの免疫疾患のいくつかの基礎を理解するようになるかもしれない.
イカのこの共生を研究する利点は、その自然な単純さです。人間の腸は多様な微生物で溢れていて、見るのは難しいですが、イカの軽い器官はVと1対1の関係にあります.フィシェリ 透明感のある肌に包まれています。 「イカのシステムは、バクテリアが宿主に入るのを実際に見ることができるという点で非常に優れています」と、ウィスコンシン大学マディソン校の微生物学者であるマーク・マンデルは言いました。
動物が微生物とどのようにコミュニケーションをとっているかを理解するための次のステップに進むために、研究者は現在、イカの遺伝子を操作してノックアウトし、どの遺伝子がどの機能に不可欠であるかを調べる方法の開発に取り組んでいます。 「より大きな質問を始めることができます」とフォスターは言いました。
また、完成に向けてパイプラインにある他のいくつかの頭足類のゲノム (ダイオウイカ、アオサギなどに属するものを含む) と、これらを以前よりも簡単に作成する技術により、研究者はすぐに調査に備えることができます。ボブテイルイカに固有のものと、頭足類や他の動物の間でより普遍的なものを明らかにする.
これらの他のゲノムが利用可能になると、おそらく今後数年以内に、「その分野が本当に開かれるでしょう」と彼は付け加えました。
この記事はに転載されました TheAtlantic.com .
