私は、より広い文脈の中で生物学的現象を分析することを含む、生態学的進化発達および行動生物学と呼ばれる可能性のある新しい分野で働いていることに気づきました。私たちは、進化が環境のニーズに基づいて生物の能力をどのようにプログラムするか、およびそれらの能力が他の動物に見られるものとどのように似ているか、または異なるかを理解しようとしています.より具体的には、非常に初期の分岐動物系統の自己修復と行動能力をよりよく理解することに焦点を当て、2 つの基本的な質問に取り組んできました。1) 動物は損傷後にどのように機能を回復するのか、2) 睡眠はどれほど基本的なものなのか
そうした疑問を持って大学院に進学したわけではありませんが、研究を進めるうちに自然とそれらにたどり着きました。私は微生物学者としてカリフォルニア工科大学に入学しましたが、現在は論文のアドバイザーである Lea Goentoro と時折会ってあらゆる種類の話題について話し合っていました。私たちが念頭に置いていたプロジェクトの 1 つは、「不滅のクラゲ」 ベニクラゲ に見られる可逆的な老化をよりよく理解することでした。 、そして私は 2013 年の春に彼女の研究室で働き始めました。
Lea は、Xenopus laevis の研究経験を持つシステム生物学者です。 、アフリカツメガエル。クラゲから始まることは、私たち二人にとって冒険になるでしょう。 カメムシ 入手するのはかなり難しいことが判明し、日本から彼らが現れるのを待っている間（ゼリーは最終的に到着しましたが、健康ではなく、復活させることができませんでした）.クラゲ。近くのカブリロ水族館に連絡を取り、ミズクラゲ Aurelia aurita を手に入れました。 は、世界で最も豊富で広範囲に生息するクラゲの 1 つです。ラボでそれらを成長させた後、有能なラボ技術者 Ty Basinger の助けを借りて、いくつかの簡単な切断実験を行い、それらの再生能力を大まかに決定しました.
クラゲの再生能力
私はすぐに、それらが失われた部分を再生しているのではなく、本質的な体の対称性を再構築しながら既存の部分を再編成しているように見えることにすぐに気付きました.2015年にPNASで公開された研究です。Aurelia aurita エフィラと呼ばれる 、腕の切断に応じて残りの腕を再配置し、口を再び中心に置き、筋肉ネットワークを再構築します.このプロセスは 12 時間から 4 日以内に完了します。これを対称化と呼んでいます .クラゲを構成する粘弾性材料内で動作する筋肉ネットワークによって生成される力が、腕の位置の再バランスを促進することを発見しました。このプロセスは、協力者である台湾の機械エンジニアである Chin Lin によってモデル化されました。また、他のクラゲ種を調べたところ、多くのクラゲが同様の再編成プロセスを経ていることがわかりました。この研究は、体の対称性を回復するための再編成が機敏な戦略であることを実証しました。それは、構成的な生理学的機構を使用して、さまざまな開始条件から急速に進行し、新しい細胞が必要ないため、エネルギー保存の自己修復システムであると考えられます.
対称化プロジェクトの一環として、多くのクラゲ種を研究室に持ち込みました。そのうちの 1 つは Cassiopea でした。 逆さクラゲ。彼らと一緒に仕事をしているときに、ライトを消したときを除いて、彼らが一貫して脈動していることに気付きました。私はこの行動について、2 人の友人や同僚、Paul Sternberg の研究室のワーム睡眠科学者である Ravi Nath と、Viviana Gradinaru の研究室のオプシン エンジニアである Claire Bedbrooke に言及し、光条件の変化に応じた彼らの行動の定量化を開始しました。私たちはクラゲを追跡するためのセットアップを開発し、データ分析の第一人者であるジャスティン・ボアの助けを借りて、クラゲの行動を昼夜を問わず記録し始めました。その結果、クラゲの活動が夜間に長期的に減少することがわかりました。
これにより、Cassiopea かどうかを判断するための完全なプロジェクトを開始することになりました 私たちが最近 Current Biology に掲載した研究は、夜中に眠っていました。 カシオペアが見つかりました 睡眠のような状態の 3 つの重要な特徴を表示します。 1つ目は、可逆的な静止状態で、基本的には、その可逆性によって昏睡状態や冬眠状態と区別できる低活動の期間です。 2 つ目は、覚醒閾値の増加です。これは、動物が静止中に覚醒を誘発するために、より大きな刺激を必要とすることを意味します。
最後に、静止の恒常性調節です。したがって、動物が夜間の静止を奪われると、回復するまで代償的に活動が低下します。また、カシオペアも特定しました 行動は概日的に調節されており、光がなくても活動のサイクルを続けています。最後に、ゼブラフィッシュの睡眠の専門家である David Prober の助けを借りて、Cassiopea も発見しました。 は、深く保存された睡眠分子であるメラトニンに応答して静止を示し、クラゲから系統樹までの睡眠メカニズムが保存されている可能性を示しています。クラゲは集中型の神経系ではなく拡散した神経網を持っているため、これは脳のない生物で睡眠のような状態を示した最初の研究です.
生物学の基本的な質問をするためのモデルとしてクラゲを使用する冒険をしたとき、私はアドバイザー、私の部門、およびより大きなカリフォルニア工科大学のコミュニティにサポートされて幸運でした.来年もこの旅をポスドクまたは独立フェロー
この研究、クラゲのカシオペアは睡眠のような状態を示し、ジャーナル Current Biology に最近掲載されました。 .
