ヒトデの頭はどこですか？古くからの謎に対する新たな答え

ヒトデの頭は一体どこにあるのでしょうか？ |トゥチョンクリエイティブ

ヒトデに帽子をかぶせるとしたら、ヒトデのどこにかぶせますか?この質問は少し無意味に聞こえるかもしれませんが、実は動物学と発生生物学における深刻な疑問の核心に迫るものです。「ヒトデの頭はどこにあるのでしょうか?」

人生において、虫や魚を見ると、その頭と尾がどこにあるかは簡単に分かります。しかし、海底を進むために使える5本の同一の「腕」を持つヒトデの頭の構造は、何世紀にもわたって博物学者を困惑させてきた。

2023年11月1日、ネイチャー誌に掲載された新たな研究は、予想外の答えを示した。ヒトデには特定の頭部はないが、体の中心とそれぞれの「腕」の中央に頭のような部分が分布しているのだ。

ヒトデの遺伝子活性マップ

ヒトデはウニやナマコと同様に棘皮動物です。若いヒトデはプランクトンとして海に浮かんでいます。成長するにつれて、彼らは海の底に沈み、成長の魔法のトリックを実行します。つまり、子供の頃の左右対称（正中線を挟んで）から、五放射対称として知られる大人の五芒星型に変化します。

このボディ構成は珍しいです。私たちが知っている動物の大部分は左右対称です。これまでの研究で、科学者らは、動物の左右対称の体構造は、遺伝子によってコード化され、特定の頭部と胴体領域で発現する一連の分子スイッチの作用によって生じることを明らかにしている。人間や魚などの脊椎動物、昆虫や虫などの無脊椎動物を含む動物種の大多数は同じ遺伝子プログラムを持っています。

(注: 遺伝子発現とは、遺伝子によってコード化された情報が転写および翻訳されて機能的な遺伝子産物が生成されるプロセスを指します。)

では、どのような遺伝子プログラムがヒトデを幼生期の左右対称から成体期の頭部や尾部がはっきりしない五放射状対称へと変化させるのでしょうか?

この問題を探ることは想像以上に困難です。これは主に、遺伝子発現を検出する方法がマウスやショウジョウバエなどの少数のモデル生物から開発されたものであり、これらの方法がヒトデに適用するとうまく機能しないためです。

この新しい研究では、新論文の筆頭著者である生物学者ローラン・フォルメリー氏が大学院生としてウニの初期発生の研究を始めた。ウニも成体になる前は五回対称で左右対称です。

この論文の責任著者はクリストファー・ロウ教授であり、同教授の研究チームは長年にわたり、成長中のヒトデの遺伝子活動のマッピングに熱心に取り組んできた。フォーメリー氏がロウ氏の研究チームに加わった後、棘皮動物の発達に関するフォーメリー氏の知識とロウ氏の分子生物学技術の専門知識が組み合わされ、ヒトデにおける遺伝子発現の 3D マップを作成することに成功しました。

複雑な答えを見つける

新しい研究では、研究者らはRNAトモグラフィーとin situハイブリダイゼーションを用いてこの問題を調査した。 RNA トモグラフィーは組織内の遺伝子の発現位置を正確に特定することができ、一方、in situ ハイブリダイゼーションは細胞内の特定の RNA 配列を正確に特定することができます。

研究者たちはヒトデの体組織を薄くスライスし、3つの異なる方向から遺伝子発現の違いを調べました。

1.ヒトデの中心から「腕」の先端まで

2.「上腹部」から「下腹部」まで、

3. 「アーム」の一方の端からもう一方の端まで。

研究者らはRNAトモグラフィーを用いて、各セクションで発現している遺伝子を特定した。

特定の重要な遺伝子の活動をよりよく観察するために、研究者たちはヒトデの組織を蛍光染料で標識した。研究者らは、in situ ハイブリダイゼーションと呼ばれる技術を使用して組織サンプルを監視し、遺伝子が発現している場所を調べ、ヒトデにおける遺伝子発現の詳細な 3D マップを作成しました。

研究結果によると、ほとんどの左右相称動物の前脳に対応する遺伝子の発現はヒトデの腕の正中線に沿って位置しているのに対し、中脳に対応する遺伝子の発現は腕の端に位置していることがわかった。

全体として、研究者らは、頭部に関連する左右相称動物の遺伝子はすべてヒトデで発現しているが、胴体に関連する左右相称動物の遺伝子はヒトデで 1 つしか見つからず、この遺伝子はヒトデの「腕」の端に位置していることを発見した。これは、ヒトデの周囲に尾のような領域があることを示唆している。

この意味では、ヒトデは頭がないわけではなく、むしろ体を失って「頭」だけが海底を這っているようなものです。

多様な生物

このような結果は、棘皮動物、特にヒトデが、今日知られている中で頭部と胴体が分離した最良の例であることを示唆している。研究者らによると、ほとんどの研究は一般的に人間に似た動物のグループに焦点を当てているが、これらの馴染みのある種に焦点を当てすぎると、新しい情報を得るのが難しくなるという。

私たちの惑星には 34 の異なる動物門が生息しており、約 6 億年の間に、同じ基本的な生物学的問題に対して、それぞれ異なる解決策を編み出してきました。たくさんの動物たちの中で、ほとんどは海の洞窟に住む温和な生き物です。通常、人々はこれらの動物に惹かれることはありません。しかし、これらの動物は生命の始まりを象徴しているのかもしれません。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

チーム: プリンシパル

査読者：北京航空航天大学教授 イェ・シェン

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司