クシクラゲは深海生物の極度の圧力に屈しない

地球の海の底は、まるで別の惑星のようだ。気温は信じられないほど低く、太陽光はほとんどなく、その上の水圧は人をソーダ缶のように押しつぶしてしまうほどだ。タコ、イカ、有櫛動物（別名クシクラゲ）などの一部の種は、この現実の薄明地帯で生き延びている。6月27日にサイエンス誌に掲載された研究によると、クシクラゲは細胞膜に独特の構造を発達させ、このような強い圧力下で生き延びられるようになっているという。

クシクラゲと細胞膜

クシクラゲはクラゲに似ていますが、近縁ではありません。クシクラゲは有櫛動物門に属し、クラゲは刺胞動物門に属します。クシクラゲは世界中のさまざまな深海に生息し、水中を移動するために使用する小さな櫛状の板の列を持っています。主に他の有櫛動物やサルパやクシクラゲなどの小型海洋無脊椎動物を餌として生きています。

この研究では、米国各地から集まった科学者チームが、これらの風変わりな無脊椎動物が環境に適応した方法の手がかりを求めて細胞膜に注目した。細胞膜は脂質とタンパク質の厚いシートでできており、適切に機能するためには特定の特性を保たなければならない。科学者たちは数年前から、一部の生物が極寒でも流動性を保つために脂質を変化させていることを知っている。このプロセスはホメオビスカス適応と呼ばれる。深海に生息する生物がどのようにして強い圧力に適応したのか、あるいは寒さへの適応が圧力と同じなのかはわかっていなかった。

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研究の共著者であり、カリフォルニア大学サンディエゴ校の生化学者イタイ・ブディン氏が大腸菌のホメオビスカス適応を研究していたとき、モントレー湾水族館研究所 (MBARI) の共著者スティーブン・ハドック氏から疑問が投げかけられた。有櫛動物も極度の圧力を補うために同様のホメオビスカス適応を行っているのだろうか？

脂質に注目

こうした寒さへの適応は、多くの場合、脂質、つまり脂肪に起因します。生物が複雑になるほど、脂質の種類も増えます。たとえば、人間の細胞には何千種類もの異なる種類があります。心臓の脂質は肺の脂質とは異なり、肺の脂質は皮膚の脂質とは異なります。これらの脂質は円筒形から円錐形まで、さまざまな形をしています。

圧力と寒さへの適応が同じかどうかを確かめるため、研究チームは実験で温度変数を制御する必要があった。研究の共著者でMBARIとカリフォルニア大学サンディエゴ校の生化学者ジェイコブ・ウィニコフ氏は、北半球各地から集められた有櫛動物を分析した。これらの中には、気温が低く水圧が高いカリフォルニアの海底に生息するものも含まれていた。また、気温は低いが水圧はそれほど高くない北極海の表面から採取した有櫛動物も調べた。

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「有櫛動物は、極寒を補う脂質構造とは別に、極度の圧力を補うための独自の脂質構造を発達させていることが判明した」とブディン氏は声明で述べた。「実際、有櫛動物の細胞膜をつなぎとめているのは圧力なのだ」

この適応は「ホメオカーブ」と呼ばれています。脂質の曲線形状がクシクラゲの独特な深海生息地に適応したためです。ここでは、円錐形の脂質がさらに誇張された円錐形に進化しました。海洋の強い水圧が誇張を打ち消すため、脂質の形状はより正常になりますが、それは極度の水圧の場合のみです。深海の有櫛動物が水面に引き上げられると、誇張された円錐形に戻ります。すると膜が完全に裂けて、動物は崩壊します。

研究によると、誇張された円錐形の分子はプラズマローゲンと呼ばれるリン脂質の一種で、人間の脳に豊富に含まれている。プラズマローゲンの減少は脳機能の低下やアルツハイマー病などの神経変性疾患を伴うことが多い。

「私たちが有櫛動物を研究対象に選んだ理由の一つは、彼らの脂質代謝が人間と似ているからです」とブディン氏は言う。「プラズマロゲンを発見したことには驚きませんでしたが、深海有櫛動物の脂質総量の4分の3をプラズマロゲンが占めていることには衝撃を受けました。」

細菌に戻る

これをさらに検証するため、研究チームは大腸菌に注目した。彼らは高圧チャンバー内で細菌を使った2つの実験を行った。1つ目のテストでは改変されていない細菌を使用し、2つ目のテストではプラズマローゲンを合成するように生物工学的に改変された細菌を使用した。未知の大腸菌は死滅したが、プラズマローゲンを含む大腸菌株は繁栄した。

ブディン氏は、この発見が、将来、プラズマロゲンが脳の健康と疾患に果たす役割についてのさらなる調査につながることを期待している。

「この研究は、プラズマローゲンが実にユニークな生物物理学的特性を持っていることを示していると思います」とブディン氏は言う。「それで今の疑問は、これらの特性が私たち自身の細胞の機能にとってどのように重要なのかということです。これが重要なメッセージの一つだと思います。」