一つの细胞のみで成り立つ単细胞生物。人间が37兆个もの细胞からできていることを考えると、彼らは人间より単纯な行动しかできない生き物たちと考えるのが自然です。しかし、単纯な行动しかできないにも関わらず、彼らは约10亿年前から地球上に生息しており、気候変动を乗り越えて现在まで种を残し続けている。脳など神経系が存在しないたった一つの细胞で、常に変化し続ける环境に适応する彼らは本当に単纯な生き物なのだろうか? 细胞の适応能力を问う研究に迫ります。
【石浦卓也?生命科学院博士１年】
奥丑补迟’蝉粘菌？
私の研究対象は「ネンキンです」と人に话すと、「年金?あれ文系だったっけ？」と言われます。「ねばねばした菌って书いて粘菌!」というと「纳豆みたいなやつ？」と言われなかなか伝わらない生き物…それが粘菌。
粘菌はpensionではなくslime mold アメーバの仲間です。
粘菌について少し详しく!
私が研究対象にしている粘菌Physarum polycephalum(モジホコリ)は単細胞生物アメーバの仲間、黄色いマヨネーズのような見た目をしています。大きさは、数センチ~数メートル、ギネス記録には6 ㎡の記録があります。多核であり、細胞が切り刻まれても、核が残っていれば、そこから大きくなることが可能。また、成長したもの同士再度融合することも可能。イメージとして某ゲームに出てくるスライム。スライムが集まったらキングなんちゃらになり、切られたらバラバラのスライムになって動き出せる。
有名な実験として、迷路を解くこと1)(図2 B1,B2)、東京の鉄道網を再現したもの2)(図2 C)がある。それらはイグノーベル賞を受賞しました3,4)。
実は身の回りにも?粘菌の生态
上记においての粘菌の実験では寒天の上ばかり、野生の粘菌はどこに生息しているのでしょうか？
実は、身の回りにも住んでいます！森の中だけでなく、道端の朽木や、ガードレールなどにも生息しているのです(図３)！野生の粘菌を探しに北大校内の森を散策するとさまざまな种类の粘菌を発见することができます。
粘菌の生活环
野生の粘菌の写真を见ると、図2と见た目が全然违う。同じ粘菌には见えないと思われるかもしれません。しかし、図2も図3も同じ粘菌です。なんと彼らは环境によってフォルムを変えることができるのです。そして、それらは生活环と呼ばれています。野生で见つかるものの多くが図3のような子実体と呼ばれる形态で、先端の胞子嚢の中にたくさんの胞子が詰まっています。これらが风に运ばれて湿度が高い场所に落下すると、そこで発芽し、アメーバになり変形体になります。そして环境が悪くなると、子実体を作り、胞子になって风で远くに飞ばされるという生活环(図4)で粘菌は生活しています。
ここが凄いぞ粘菌
ここで有名な粘菌の実験を绍介します。それは、粘菌が时间を记忆するのかという実験です5)。
粘菌は、低温低湿度の环境に曝されると动きを止めます。この刺激を、１时间ごとに与えていきます。その作业を３回ほど繰り返しても刺激の度に粘菌は动きを止めます。そして4回目のタイミングでは刺激を与えないで様子を见ます。すると、刺激が来るであろうタイミングにあわせて自発的に减速しました。5回目のタイミングでも减速を行い、まるで、刺激が来る周期を把握しているような振る舞いをしました。つまり粘菌は原始的な时间记忆能力を持つ可能性があります。
私が粘菌生活を选んだわけ
私は毎年ユニークな研究が表彰されるイグノーベル赏が好きでした。大学で何か研究する时は、何か面白い研究がしたいと漠然と思っていました。そして、研究室见学の际にイグノーベル赏で闻いたことがあった粘菌に出会いました。ただ、当时は単语を知っているだけでどんな生态系をしているのか粘菌を研究して何になるのかわかりませんでした。なぜ粘菌を研究するのか先生に伺うと、「粘菌には脳などの神経系がありません。それなのに时间を记忆するような振る舞いを见せる。人间の脳の中に新たな脳みそがあるわけでなく、化学反応などで记忆などを司っている。粘菌は人间の复雑すぎる化学反応を単细胞で単纯に教えてくれるかも知れない。」とおっしゃられました。その言叶を闻き、私はハッとしました。日々の生活の中で様々な场所に行き、见闻きし、出来事の记忆を行う。それら全てに脳を使用しています。しかし、そこで考えが止まっていました。脳がどのような方法で行动や记忆を制御しているのかを何も考えていませんでした。そして生物の分野でその谜を解き明かしたいと思いました。
脳などがなくても环境に适応し、长い年月を生き抜いてきた単细胞生物。人间のように复雑になってしまった多细胞生物の秘密を、単纯ゆえにわかりやすく教えてもらえるのではないか。その洗练された単纯さと不思议さに兴味を惹かれ私は粘菌生活を选びました。
粘菌生活の今后
現在私は、粘菌の水に対する応答について研究しています。これまでは寒天ゲル上での?動のみが着?されており、野生での粘菌変形体での行動は詳しく調べられていませんでした。私は、湿潤な環境にいる粘菌は水に晒される機会が多くあると考え、粘菌を水没させると細胞表?に気体を付着させ浮上することを発?しました。粘菌はどのようにして細胞表面に気泡を付着させているのかを現在調べています。これが解明されれば、粘菌を参考にしたライフジャケットなど自然界の仕組みから技術開発に活かす???? バイオミミクリーなどの分野に活かせるかもしれません。
参考文献：
- Nakagaki,T., Yamada,H., Tóth,A. 2000: “Maze-solving by an amoeboid organism”, Nature, 407: p.470.
- Tero,A., Takagi,S., Saigusa,T., Ito,K., Bebber,D.P., Fricker,M.D., Yumiki,K., Kobayashi,R., Nakagaki,T. 2010: “Rules for Biologically Inspired Adaptive Network Design”, Science, 327: 439-442.
- 日本経済新闻（2010）『日本人教授にイグ?ノーベル赏、鉄道整备に粘菌の知恵』, （2023年7月23日閲覧）.
- 科学技术振兴机构（2008）『粘菌も“学习”の研究成果で日本人にイグ?ノーベル赏』, ,? （2023年7月23日閲覧）.
- Saigusa,T., Tero,A., Nakagaki,T., Kuramoto,T. 2008: “Amoebae anticipate periodic events”, Phy Rev Lett., 100(1): 018101.
この记事は、石浦卓也さん（生命科学院博士１年）が、2023年度大学院共通授业科目「大学院生のためのセルフプロモーションⅠ」の履修を通して制作した作品です。
石浦さんの所属研究室はこちら
生命科学院 ソフトマター専攻 ソフトマター生体物理分野 物理エソロジー研究室（中垣俊之教授）