ドイツからの淡水毛虫Gordionus violaceusの2匹の生きているもつれたオブジェクト。 クレジット: Gonzalo Giribet
幼虫は知られている他のすべての動物が持っている細胞の移動、ろ過および検出を担当する小さい「毛」がありません。
奇妙な動物でいっぱいの世界では、毛虫は間違いなく最も奇妙な動物の一つです。 これらは宿主の行動を操作することが知られている寄生虫であり、時には「マインドコントロール」と呼ばれる現象です。
興味深い開発におけるジャーナルの新しい研究 現在の生物学 ヘアワームを公開した 種 彼らは奇妙な特性を共有します。 研究者が発見すると予想した遺伝子の約30％が不足しています。 さらに興味深いことに、消失した遺伝子は、既知のほぼすべての動物種の細胞に見られる毛様構造である繊毛の発達に関連している。
カリフォルニア・ミューアウッズ国立記念物にあるブルーノ・デ・メデイロスの手に生きている淡水の毛虫。 クレジット: Bruno de Medeiros
細いスパゲッティ鎖に似ており、長さが数インチのヘアワームは世界中で見ることができます。 彼らの基本的な身体構造は、排泄、呼吸器系、または循環系が不足し、ほぼ完全に他の生物内に住んでいるため、寄生特性を示唆しています。 Chicago’s Field Museumの博士後研究者であり、この研究の上級著者であるTauana Cunhaは、「最も素晴らしいことの1つは、宿主の行動に影響を与え、他の方法ではしないことをすることができるということです」と指摘しています。
毛虫の生活史と宿主の操作
何百種類もの淡水の毛虫があります。 寿命の周期は、卵が水から孵化するときに始まり、幼虫は幼虫が幼虫のような小さな水生捕食者に食べられます。 これらは順番にコオロギのようなより大きな陸上捕食者の餌になります。 宿主内で成熟した後、毛虫は宿主の行動を操作して水中に飛び込むようにします。 そこに着いたら、ワームは宿主にうんざりして、私とペアを見つけ始め、サイクルを繰り返します。
海藻のような水生生物に寄生する5種の海の毛虫もありますが、水に戻る必要がないため、宿主を操る能力が不明です。
カリフォルニアのミューアウッズ国立記念物（Muir Woods National Monument）の環境に住んでいる淡水の毛虫。 クレジット: Bruno de Medeiros
幼虫の遺伝的研究
毛虫の行動は奇妙ですが、動物に対するCunhaの研究の関心は毛虫とより関連しています。 DNA。 彼女は、彼女の共著者、Bruno de Medeiros、Arianna Lord、Martin Sørensen、Gonzalo Giribetと一緒に行った研究についてこう述べています。 「目標は、そのようなゲノムを生産し、最終的に毛虫と他の種類の動物との進化的な関係を理解するために使用することでした」。
2つの種の毛虫（淡水と海洋でそれぞれ1つずつ）からDNAサンプルを採取し、塩基配列を分析した後、研究チームは、毛虫の遺伝子コードを他の生物の遺伝子コードと比較したときに驚くべき事実を発見しました。
海の毛虫とノルウェーから来た（死んだ）丸まった海岸宿主Munida sp。のステージ写真。 この写真は、ゲノムシーケンシングに使用された数年前にワームがどのように収集されたかについての実際のシナリオを示すことで今撮影されました。 クレジット: Martin Sørensen
欠損遺伝子の発見
「非常に驚くべき事実は、私たちが発見したのは、2つの毛虫ゲノムが基本的にすべての動物群に存在すると予想される遺伝子セットの約30％が欠落していることです」とCunhaは言います。
そのような発見は一般に科学者に彼らがエラーを犯したかどうか疑問に思うかもしれません。 しかしながら、両方のワーム種において、非存在遺伝子間に相関関係が存在した。 「失われた遺伝子のほとんどは、2つの種の間でまったく同じでした。 これは偶然信じられませんでした。」とCunhaは言います。
Cunhaと彼女の同僚は、他の動物からこれらの欠けている遺伝子が繊毛生成に責任があることを発見しました。
「繊毛は基本的に、すべての動物に存在する小器官、細胞レベルの小さな構造であり、原生生物やいくつかの植物や真菌に広く存在します。 したがって、彼らは地球上のさまざまな生命体にまたがって存在します。」とCunhaは言います。 彼らは人体の多くの細胞に存在します。 例えば、精子細胞の尾は繊毛であり、私たちの目の網膜の細胞にも繊毛があります。
海の毛虫とノルウェーから来た（死んだ）ウンクリンロブスター宿主Munida sp。のステージ写真。 ワームが発見された空間を示すためにロブスターの甲殻を開けました。 この写真は、ゲノムシーケンシングに使用された数年前にワームがどのように収集されたかについての実際のシナリオを示すことで今撮影されました。 クレジット: Martin Sørensen
繊毛抜けの意味
初期の研究では、科学者たちは毛虫が一般的に観察される繊毛がないように見えることを発見しました。 例えば、毛虫精子は尾を持っていません。 しかし、毛虫の繊毛に対する視覚的証拠の欠如は、存在しない決定的な証拠とは見なされなかった。 Field Museumの水分昆虫キュレーターであり、論文の共著者であるBruno de Medeirosは、「ゲノムがなければ、すべての種のすべての寿命段階ですべての細胞を見なければなりません」と述べています。
Cunhaは、「以前の観察によると、毛虫に繊毛があるようには見えませんでしたが、わかりませんでした」と述べました。 「今、ゲノムを通して、私たちは実際に他の動物から繊毛を生成する遺伝子が欠けていることを確認しました。
カリフォルニア・ミューアウッズ国立記念物にあるブルーノ・デ・メデイロスの手に生きている淡水の毛虫。 クレジット: Bruno de Medeiros
進化パターンと今後の方向性の理解
さらに、淡水と海洋の毛虫種の両方が繊毛遺伝子を失ったという事実は、これらの進化的変化が共通の祖先の遠い過去に起こった可能性があることを示しています。 Cunhaは「グループの発展の初期に損失が発生した可能性が高く、彼らはそうしてきた」と述べています。
この啓示は、多くの新しいクエリのための道を開きます。 繊毛の欠如が軟毛虫にどのような影響を与えるか、または軟毛虫の寄生行動が失われた繊毛と関連しているかどうかは不明です。 「これらの特定の遺伝子が欠落していない他の寄生生物が多いため、寄生生活様式のために遺伝子が欠落しているとは言えません」とCunhaは言います。 しかし、一般的に寄生生物は多くの遺伝子を見逃しています。 寄生虫は特定の構造を使用せず、代わりに宿主に依存するため、最終的にその構造を失うという仮説があります。
今後の研究に関する示唆
幼虫は「マインドコントロール」特性を表す唯一の寄生虫ではありません。 ネコに対するげっ歯類の恐怖を減らすトキソプラズマ症を引き起こす原生動物や真菌でも同様の行動が観察されます。 冬虫夏草アリを操作してカビ胞子を分散させるビデオゲームやテレビ番組The Last of Usで有名になりました。
この生物は幼虫と遠くに関連しているが、Cunhaは新しい研究が科学者がこれらの行動がどのように機能するかについての共通のパターンを識別するのに役立つと信じている。 「将来、生物全体でこの比較分析を実行することで、私たちは類似点を見つけることができます。 あるいは、これらの生物は互いにまったく異なる方法で同様の行動を進化させたかもしれません。」とCunhaは言います。
参照：Tauana J. Cunha、Bruno AS de Medeiros、Arianna Lord、Martin V. Sørensen、およびGonzalo Giribet、2023年7月18日、 現在の生物学。
DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.003
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