クモの接着剤はクモ自身よりも速く進化するかもしれない

クモにとって、絹のような巣を作ることは生存に関わる問題です。昆虫を捕らえる巣を作るのに十分な絹を編めないクモは、十分な食料を得るのがはるかに困難、あるいは不可能になります。クモは世界中に生息しているので、環境に合わせて巣を細かく調整すればするほど、巣はよりよく機能します。

4月18日に学術誌「Frontiers in Ecology and Evolution」に発表された研究で、生物学者たちは、コガネグモの巣を非常に粘着性のあるものにしている接着剤が、実はクモの遺伝子よりも速く進化していることを発見した。

[関連:クロゴケグモは、残忍なクモ戦争でさらに危険な同族と戦います。 ]

「生物接着剤の粘着性タンパク質成分の発見は、物質特性がどのように進化するかを解明する道を開く」と、研究の共著者でワシントン・アンド・リー大学の生物学者ナディア・アユブ氏は声明で述べた。「クモ糸の繊維と接着剤は主にタンパク質でできており、タンパク質は遺伝子によってコード化されているため、こうした疑問に答えるための素晴らしいモデルとなる。」

タペストリーの糸のように、コガネグモの巣の糸はそれぞれ餌を捕らえる働きをする。巣の堅いフレームは獲物の衝撃を吸収し、獲物が粘着性の糸に捕らえられる前に、クモが餌に取り掛かることができる。クモの集合腺で合成される特殊な接着剤が、大気中の水分を吸収して巣の糸を粘着性にする。この接着剤は、クモが生息する地域の空気中の湿度に応じて最適な粘着性になるように調整する必要がある。コガネグモには多くの種がさまざまな環境に生息しているため、この研究チームは、接着剤が湿度レベルに適応しているに違いないと考えていた。

この接着剤適応戦略を調査するため、研究チームは2つの種、コガネグモ（ A. argentata ）とコガネグモ（ A. trifasciata ）に注目しました。A . argentataは乾燥した環境に生息し、南カリフォルニア原産です。研究チームは研究室でこれらの種に巣を作らせましたが、餌となる獲物と同等の餌を与え、自然界で見られる接着剤滴の量と比較して、自然界で編むものと同等であることを確認しました。A . trifasciataは世界中の湿潤環境に生息しており、研究チームは野生でこれらの種から巣を収集しました。

研究者らは、接着剤に含まれるタンパク質と液滴の物質特性を分析し、乾燥した場所に生息するA. argentata の液滴は、より湿気の多いA. trifasciata の液滴よりも小さく、また、局所的な湿度が上昇しても水分を吸収しないことを発見した。A . argentata の接着剤は、液滴の体積に占める割合が小さいタンパク質コアも小さく、大気から吸収する水分も少なかった。

[関連記事:研究者らはどのようにしてミミズの糸をクモの糸よりも丈夫にレベルアップさせたか]

液滴内のこれらのタンパク質コアの硬さは、接着剤液滴の靭性に影響を及ぼし、湿度が上昇するにつれてA. argentata のタンパク質コアの靭性は低下しました。A . argentata の糸接着剤液滴は、一般的に粘着性があり、より密集しています。

研究チームが接着剤のタンパク質を分析し、これらのタンパク質がどのようにして材料特性の違いを生じさせるのかを理解したところ、タンパク質は類似しているにもかかわらず、異なる割合で出現していることがわかった。A . argentata接着剤には、 A. trifasciata接着剤には出現しない 4 つの遺伝子のタンパク質産物が含まれていた。この余分なタンパク質と、接着剤の主要タンパク質である AgSp1 と AgSp2 のよりバランスの取れた割合が、この接着剤の強度の高さと吸水能力の低さを説明できるかもしれない。

「物質特性の劇的な違いにもかかわらず、2つの種はタンパク質成分のほとんどを共有しています」と共同執筆者でバージニア工科大学の生物学者ブレント・オペル氏は声明で述べた。「これらのタンパク質の配列も種間で類似していますが、個々のタンパク質の相対的な存在量は異なります。タンパク質の比率を変更することは、生物学的接着剤の物質特性を調整する迅速なメカニズムである可能性があります。」

チームによると、この研究の限界の 1 つは、2 つの種しか調査していないことと、タンパク質とクモの巣の材質特性の関係がまだ十分に解明されていないことです。これに対処するため、チームはさまざまな種のタンパク質成分と材質特性を記録しています。

クモの糸とその特性についてさらに研究すれば、より幅広い科学的・技術的応用も可能になるだろう。「クモの糸と接着剤は、生体模倣の大きな可能性を秘めています。クモは、産業、医療、その他さまざまな分野で応用できる素晴らしい特性を持つ接着剤を作ります」とオペル氏は言う。