ヒトデの体全体が頭である

ヒトデを見ると、5 つの尖った形の体のどの部分が頭なのかははっきりしない。この疑問は生物学者を何十年も悩ませてきたが、ある新しい研究によると、ヒトデの体全体が頭のような働きをする可能性があるという。この発見は 11 月 1 日付けのNature誌に掲載された研究で説明されており、ヒトデやその他の棘皮動物が独特の形の体を進化させた謎を解くことになるかもしれない。

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頭と胴体を探す

ヒトデは棘皮動物と呼ばれる動物のグループに属する無脊椎動物です。このグループにはウニやサンゴも含まれ、それらはすべて、5 つの均等で対称的なセクションに配列された体を持っています。棘皮動物の進化の初期には、人間のように 2 つの側面が鏡像になっている両側面のデザインの祖先がいました。

「棘皮動物のさまざまな体の各部位が、他の動物群のそれとどう関係しているのかは、我々が棘皮動物を研究し始めて以来、ずっと科学者にとって謎だった」と、この研究の共著者で英国サウサンプトン大学の進化生物学者であるジェフ・トンプソン氏は声明で述べた。「棘皮動物の双生児では、体は頭、胴体、尾に分かれている。しかし、ヒトデだけを見ても、これらの部位が双生児の体とどう関係しているのかは分からない」

新しい研究では、国際的な科学者チームがヒトデの分子マーカーを、後口動物と呼ばれるより広いグループの動物と比較しました。このグループにはヒトデのような棘皮動物と脊椎動物を含む二頭動物が含まれます。後口動物はすべて共通の祖先を持っているため、その発達を比較することで棘皮動物がよりユニークな五角形の体型を進化させた方法を知る手がかりが得られます。

研究チームは、複数のハイテク分子およびゲノム技術を使用して、ヒトデの発達と成長の過程でさまざまな遺伝子がどこで発現したかを調べました。また、マイクロCTスキャンにより、研究チームはヒトデの形状と構造をより詳細に理解することができました。

ヒトデのマッピング

スタンフォード大学、カリフォルニア大学バークレー校、パシフィックバイオサイエンスのチームメンバーは、RNAトモグラフィーと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、ヒトデの遺伝子発現の3次元マップを作成し、発達中に特定の遺伝子がどこで発現しているかを確認しました。彼らは特に、神経系と皮膚を含むヒトデの外胚葉の成長を制御する遺伝子の発現をマッピングしました。

研究者たちは、幼いヒトデのほぼすべての部位で頭部の発達に関連する遺伝子の特徴を発見した。動物の胴体と尾の部分をコードする遺伝子の発現もほとんど見られなかった。

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「ヒトデの遺伝子発現を脊椎動物など他の動物群と比較すると、体の重要な部分が欠けているように見えました」とトンプソン氏は言う。「動物の胴体のパターン形成に通常関与する遺伝子は、外胚葉では発現していませんでした。棘皮動物の体全体の構造は、他の動物群の頭部とほぼ同等であるようです。」

動物の頭の最前部と通常関連付けられる分子シグネチャーは、このヒトデの5本の腕のそれぞれの中央付近にも位置していた。

「まるでヒトデの胴体が完全に失われ、海底を這う頭だけとしか言いようがない」と研究共著者でスタンフォード大学の進化生物学者ローラン・フォルメリー氏は声明で述べた。「科学者がこれらの動物について想定していたこととは全く違う」

ヒトデやその他の棘皮動物は、かつて両腕の祖先が持っていた胴体部分を失うことで、5節の体型に進化した可能性がある。この機会により、ヒトデや棘皮動物は左右対称の2本の腕を持つ動物とは異なる動き方や餌の摂食が可能になったと考えられる。

「私たちの研究は、棘皮動物の体制がこれまで考えられていたよりも複雑に進化したことを物語っており、この興味深い生き物についてはまだ学ぶべきことがたくさんあります」とトンプソン氏は言う。「この10年間棘皮動物を研究してきた者として、今回の発見はこの動物群に対する私の考え方を根本的に変えました。」

この研究は、Leverhulme Trust、NASA、NSF、Chan Zuckerberg BioHub の支援を受けて行われました。