この魚には舌のような役割を果たす6本の足がある

ドクター・スースの本に出てくる生き物のように、シーロビンは変わった見た目の魚です。一般的な魚の体、鳥の「翼」、甲殻類のような脚でできています。カニのような6本の脚は、海底を走り回ったり、掘ったり、食べ物を見つけたりするのに特に適しています。しかし、脚は移動のためだけに使われるわけではありません。シーロビンが砂を掘りながら埋まっている獲物を見つけるために使う完全な感覚器官です。この研究結果は、Cell Press のジャーナルCurrent Biologyに9月26日に掲載された2つの研究で詳しく説明されています。

「新しい臓器はどうやって作るんですか？」

シーロビンは、世界中の温帯海域に生息する、骨ばった頭を持つ長い魚です。特徴的な「脚」は、左右に 3 つずつある胸びれの延長です。シーロビンは餌を見つけるのがとても上手で、他の魚が餌の残りを狙って周りに留まることもあります。

2019年、研究共著者でハーバード大学の博士研究員であるコーリー・アラード氏はケープコッドの海洋生物学研究所でこの脚のある魚を観察し、さらに詳しく知る必要に迫られた。

「水槽にウミガラスが何匹かいるのを見て、彼らはそれを私たちに見せてくれました。私たちが変わった動物が好きなのを彼らは知っているからです」とアラード氏は声明で述べた。「ウミガラスは非常に珍しく、非常に新しい特徴を持つ種の一例です。私たちは彼らをモデルにして、『新しい器官はどうやって作られるのか』と問いたかったのです」

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アラード氏は、アシナガウミガラスの発達遺伝学を研究しているスタンフォード大学の研究者らと協力した。彼らはまず、脚が感覚器官であるかどうかを調べようとしたが、これは疑われていたものの、確認されていなかった。

アラードは、捕獲されたウミガラスを使って獲物を狩る実験を行った。獲物を狩る際、ウミガラスは短い泳ぎと足で歩く動きを交互に繰り返す。また、時々砂の表面を引っ掻いて、ムール貝や貝類、その他の埋まっている獲物を、目で見なくても見つける。

研究チームは実験中に、足が化学的および機械的刺激に敏感であることに気づいた。1種類の化学物質だけを含むカプセルを埋めた場合でも、魚はそれを見つけることができた。

ビデオクレジット: Current Biology Allard Herbert Krueger 他

新鮮な魚

研究の途中で、研究チームは追加の魚を受け取った。その魚は元の魚と似た外見だったが、他の魚のように掘り出して埋まったカプセルや獲物を見つけることはなかった。

「ただの失敗作か、設定がうまくいかなかっただけだと思った」と、研究の共著者でハーバード大学の分子生物学者ニコラス・ベロノ氏は声明で述べた。

研究チームは実際には別の種のウミウシを入手していた。研究チームは最終的にこの 2 種を分類した。Prionotus carolinus は、埋まっている獲物を見つけるために穴を掘り、触覚や化学信号に非常に敏感である。Prionotus evolans にはこうした感覚能力がない。代わりに、足は探り探りや移動には使うが、穴を掘る作業には使わない。

両種の脚の違いを調べたところ、いくつかの重要な違いに気付いた。穴を掘る魚、プリオノトゥス・カロリンスは、シャベルのような形の脚を持ち、乳頭と呼ばれる突起で覆われていた。これは人間の舌の味蕾に似ている。穴を掘らない魚の脚は棒状で、乳頭はなかった。研究チームは、乳頭は進化の過程で特殊化したものだと考えている。

これらの特別な付属肢がどのように進化したかを解明することは、進化がどのようにして非常に特殊な環境への適応を可能にしたかを科学者が理解するのに役立つ可能性があります。およそ 600 万年前、私たち人類は直立歩行を習得しました。二足歩行は私たちを霊長類の祖先から切り離しましたが、その変化がどのように、いつ、なぜ起こったのかについてはほんのわずかしかわかっていません。海の底での生活への適応は、いくつかの手がかりになるかもしれません。海のロビンの脚の発達を司る遺伝子転写因子は、私たち自身を含む他の動物の手足にも見られます。

歩くために作られた遺伝子

2番目の研究は遺伝学に焦点を当てており、スタンフォード大学のデイビッド・キングスリーとエイミー・ハーバート、イタリアの物理学者アグネーゼ・セミナラ、ドイツのマックス・プランク研究所の生物学者モード・ボールドウィンが参加した。研究チームはこの珍しい歩行特性の遺伝的根拠を調べた。

「多くの特徴は新しく見えるが、それらは通常、長い間存在してきた遺伝子やモジュールから構築されている」と研究の共著者であるデイビッド・キングスリー氏は声明で述べた。「古い部分をいじって新しいものを作るのが進化の仕組みだ」

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この研究では、トランスクリプトーム編集やゲノム編集などの技術を使用して、脚の形成と機能にどの遺伝子転写因子が使用されているかを特定しました。また、脚の形状が異なる2種のウミガラスの雑種を作成し、これらの違いの遺伝的根拠を調査しました。

「エイミーとコーリーはこの動物の描写に多大な貢献をしました。行動の描写から分子の描写、進化の仮説の描写へと進むのは非常に珍しいことだと思います」とベロノ氏は言う。「これは、科学的な疑問を提起し、好奇心と偏見のない心でそれを厳密に追及する方法を示す素晴らしい青写真だと思います。」