クラゲ + クラゲ = クラゲ？

制作：中国科学普及協会

著者: 蘇成宇

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：生命科学の最新の謎を解くために、中国科学普及の最先端技術プロジェクトは「生命の新知識」と題する一連の記事を立ち上げ、独自の視点から生命現象を解釈し、生物学の謎を明らかにしました。人生の世界を探求し、無限の可能性を探求しましょう。

2023年、米国の城倉圭海洋生物学研究所で、科学者たちは水槽の中にユニークなクシクラゲがいることに気づいた。

図1 ユニークなクシクラゲの個体

(画像提供: マリアナ・ロドリゲス・サンティアゴ)

他のクシクラゲよりも大きく、実は口が2つあります。城倉啓氏は、この生物は損傷した2つのクシクラゲが偶然融合して形成されたのではないかと推測した。

レイディアン・クシクラゲ（ Mnemiopsis leidyi ）は、ウミクルミとしても知られ、大西洋と黒海に広く分布するプランクトンの一種で、透明な体と生物発光するクシ板が特徴です。体は楕円形で、手のひらほどの大きさで、全体が透明で、わずかに虹色の光沢があります。

図2 淡水クシクラゲ

(画像出典: 海洋)

クシクラゲの体の両側には、縦方向に8列のクシ板が並んでいます。それらは多数の繊毛で構成されています。これらの繊毛が揺れると、美しい虹色の光が屈折します。先端には頂端器官と呼ばれる 2 つの感覚器官があり、水の流れと重力を感知します。彼らは櫛骨を動かして泳ぎますが、櫛骨は水中で光って見えます。

融合の考えを検証するために、研究者たちは異なる場所と異なる時期から10匹の淡水クシクラゲを収集し、これらの個体をいくつかのグループに分けて実験を行いました。各グループは2個体で構成され、科学者たちは葉の構造の一部を切り取り、切り取った葉を突き合わせて、解剖皿に一晩固定しました。

翌日、科学者たちがこれらの個体を検査したところ、9匹がうまく融合していたことがわかり、うれしい驚きを覚えた。切開の境界は徐々に消え、上皮と中分泌液はまるで分離していなかったかのように完全につながっていました。融合プロセス全体は約12〜18時間かかりました。

神経系も融合しているのですか? ！

融合後、科学者たちはこれらのクシクラゲについてさらに観察を行った。本当に一つに融合したのかどうかを検証するため、研究チームは葉の一枚に機械的刺激を与えたところ、融合した体全体が驚愕反応を示し、わずかに震えた。これは、二つのクシクラゲの神経系も統合されたことを意味していた。

図3 刺激を受けた複合クラゲ

（写真提供：城倉 圭）

この驚愕反応は、クシクラゲの神経ネットワークによって制御される典型的な神経反射です。 1 枚のブレードが刺激されると、融合部全体の神経ネットワークを通じて信号が伝達され、体全体の筋肉が収縮して反応します。これは、融合した神経系が効果的に連携し、以前は別々だった 2 つの存在が全体として反応できるようになったことを示唆しています。彼らはもはや独立した2人の個人ではなく、情報を共有する全体です。

融合プロセスをよりよく理解するために、研究チームはタイムラプス撮影を行った。最初の1時間は、2つのクシクラゲの羽根の動きは全く同期していませんでしたが、驚くべきことに、1時間後には、その動きが徐々に同期するようになりました。 2時間後、95パーセントの葉が、まるで互いに同期しているかのように、完全に同期して動いていました。

図4は、6回の独立した移植実験中の葉の同期率の変化を示しています。

灰色の線は単一の実験の結果を表し、青い線は平均を表します。移植後最初の20～40分間は同期率が低かったが、時間が経つにつれて同期率が大幅に増加し、100～120分で95％に達したことがわかります。これは、融合したクシクラゲが徐々に生理的および行動的な同期を達成したことを示しています。

（画像出典：文書1）

この現象は、一部の SF 作品における神経同期設定を彷彿とさせます。そこでは、登場人物が神経ネットワークを通じて共有意識と協調戦闘を実現します。

消化器系も一体化！

研究者たちは、神経系だけでなく、消化器系も融合しているかどうかも調べたいと考えました。

研究チームは、蛍光ラベルを貼ったアルテミアを混合したクシクラゲに与え、顕微鏡下で餌の粒子の動きを観察した。蛍光マーカーを使用すると、科学者は顕微鏡下で食物粒子の移動経路をはっきりと観察し、2つの消化器系が本当に機能的に統合されているかどうかを検証できます。

図5は、クシクラゲの消化器系における蛍光標識アルテミア粒子の動きを示している。

（画像出典：文書1）

アルテミアは、通常、長さがわずか数ミリメートル、米粒ほどの大きさの小さな甲殻類です。人間が食べるエビと同族です。これらは同じ大きな甲殻類に属しますが、より小さく、通常は人間が直接食べることはありません。クシクラゲはプランクトンを餌としており、アルテミアはその代表的な食料源の一つです。

科学者たちは、食物粒子が2つの消化器系の間を、つまりある個体の消化管から別の個体へと通過できることを発見して驚き、彼らの消化器系も機能的に統合されていることを示唆した。

図 6 蛍光標識されたアルテミアがこれらのチューブの間をどのように流れるかを観察することにより、研究者は 2 匹のクシクラゲ個体の消化器系が融合後に機能的に統合されたことを証明しました。

（画像出典：文書1）

しかし、研究者らは、2つの肛門からの排泄のタイミングが同期していないことも発見し、一部の機能は依然として独立していることを示唆した。これは統合の初期段階の兆候なのかもしれないし、不確実な環境の変化に対処するためにある程度の独立性を維持しているのかもしれない。

淡水クシクラゲは同種抗体を認識できない可能性がある

城倉啓氏の研究チームは、淡水産のクシクラゲには「異種認識」と呼ばれる仕組みが欠けている可能性があることに気づいた。ほとんどの動物にとって、異種認識は、外来個体による侵入を防ぐために「非自己」組織を識別して拒絶するために使用する防御メカニズムです。

人間の臓器移植の過程では、まさにこの強力な同種認識機構が存在するからこそ、人間の免疫系は移植された臓器を「外来侵入者」とみなし、免疫拒絶反応を起こすのです。これは、人間が臓器移植を受ける際に非常に適合性の高いドナーを必要とする理由であり、また拒絶反応を防ぐために手術後に長期間免疫抑制剤を服用する必要がある理由でもあります。

しかし、クシクラゲ類にはこの能力がないようだ。おそらく、自然環境では他の個体と長期間にわたって密接に接触する可能性が低いためだろう。自由生活性のクシクラゲ類は、広大な海で単独で生き残ることに関心があるため、拒絶メカニズムよりも、より単純な「協力」メカニズムを発達させてきた。

クシクラゲだけでなく、他の生物も「融合」できる

実際、クシクラゲだけでなく、自然界の他の多くの生物も同様の融合現象を示します。

管状胞子もその一つです。世界最大の巨大クジラ（ Praya dubia ）は、体長が約46メートルに達し、シロナガスクジラよりも長い。

図6 管状体

(画像出典: スミソニアン マガジン)

実際には、それは単一の個体ではなく、「ポリプ」と呼ばれる無数の小さな生物のコロニーです。これらのポリープはそれぞれ独自の機能を持ち、一緒になって完全な生物を形成します。各ポリプには、狩猟、消化、生殖、移動などの特定の機能があります。これらのさまざまなポリプは互いに協力し合い、グループ全体の生存を維持します。

もう一つは、私たちがよく知っているスポンジです。海綿動物は融合する能力も持つ非常に古い生物群です。 2016年の研究で、科学者たちは、遺伝的に類似した2つの石灰質海綿動物（ Clathrina aurea ）が接触すると、それらの細胞が融合し、最終的により大きな個体を形成する可能性があることを発見しました。

図7 カルシウムスポンジ

（画像出典：oeco）

研究により、海綿動物には「自己」と「非自己」（遺伝子が同じかどうか）を識別して融合するかどうかを決めることができる原始的な免疫システムがあることがわかった。この異物認識メカニズムは人間の免疫拒絶反応に似ています。このようにして、海綿動物は遺伝的同質性を維持しながら生息空間を拡大することができます。この融合戦略は、環境への適応を助けます。

クシクラゲに戻ると、クシクラゲは現存する後生動物の中で最も古い分岐群です。彼らの神経ネットワークは他の動物のものとは全く異なりますが、複雑な行動統合を達成することができ、神経系がどのように進化したかについて貴重な手がかりを与えてくれます。

自然界では、融合は生物間の巧妙な協力関係であるだけでなく、生命進化の奇跡のひとつでもあります。それは、生命がいかにして個々の限界を打ち破り、競争ではなく協力を通じてより大きな生存上の利点を獲得できるかを示しています。

（注：本文中のラテン語部分は斜体で表記してください）

参考文献:

1. 城倉 圭 他「融合した有櫛動物の急速な生理学的統合」カレントバイオロジー34.19（2024）：R889-R890。

2. パドヴァ、アンドレ、他「石灰質海綿動物（海綿動物、石灰海綿動物）における断片化、融合、および遺伝的均質性」実験動物学ジャーナルパートA：生態遺伝学と生理学325.5（2016）：294-303。