奇妙な「マインドコントロール」寄生毛虫には、他のすべての動物に見られる遺伝子が欠けている

ドイツ産の淡水産毛虫 Gordionus violaceus に絡みついて暮らす 2 匹の個体。 クレジット: ゴンサロ・ガーベット

毛虫には、他のすべての既知の動物が持っている、細胞の移動、濾過、感知を担う小さな「毛」がありません。

珍しい動物がたくさんいる世界の中で、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、この現象は「マインド コントロール」と呼ばれることもあります。

興味深い展開で、新しい研究が雑誌に掲載されました 現在の生物学 私はその毛虫を明らかにしました 分類する 彼らは奇妙な特徴を共有しています。それは、研究者たちが発見すると期待していた遺伝子の30％近くを欠いているということです。 さらに興味深いのは、欠落した遺伝子が、ほぼすべての既知の動物種の細胞に見られる毛髪のような構造である繊毛の発生に関連していることです。

カリフォルニア州ミュアウッズ国定公園のブルーノ・デ・メデイロスさんの手に渡された、生きた淡水産ヘアワーム。 クレジット: ブルーノ・デ・メデイロス

スパゲッティの細い糸のように見え、長さ数インチのヘアワームは、世界中で見つけることができます。 彼らの基本的な体の構造は、排泄、呼吸、循環系を欠き、ほぼ完全に他の生物の体内で生きていることから、寄生性の性質を示しています。 シカゴのフィールド博物館の博士研究員であり、この研究の筆頭著者であるタワナ・クーニャ氏は、「彼らが最もクールなことの1つ、そしておそらく最もよく知られている点は、彼らが宿主の行動に影響を与え、彼らがそうでなければできないことを彼らにさせることができることです。」と述べています。

毛虫のライフサイクルと宿主の操作

淡水には数百種の毛虫が生息しています。 ライフサイクルは、卵が水中で孵化したときに始まり、幼虫はカゲロウの幼虫などの小さな水生捕食者によって捕食されます。 これらは、ゴキブリなどのより大きな陸生捕食者によって捕食されます。 毛虫は宿主の中で成熟した後、宿主の行動を操作して水中に飛び込みます。 そこに到達すると、ワームは宿主から身をよじって交尾相手を探し始め、このサイクルを繰り返します。

ロブスターなどの水生生物に寄生する海産ヘアワームも 5 種存在しますが、水に戻る必要がないため、宿主を操作する能力は不明です。

淡水産ハリムシは、カリフォルニア州ミュアウッズ国定公園の環境に生息しています。 クレジット: ブルーノ・デ・メデイロス

毛虫の遺伝子研究

毛虫の行動は奇妙かもしれないが、動物に対するクーニャの研究関心は毛虫ともっと関係がある DNA。 「私たちは彼らのゲノム解読に着手しました。なぜなら、彼女のようなゲノム解読がこのレベルで解読されたことはこれまでになかったからです」と、共著者のブルーノ・デ・メデイロス氏、アリアナ・ロード氏、マーティン・ソレンセン氏、ゴンサロ・ガーベット氏とともに実施されたこの研究について彼女は語る。 「目標は、それらのゲノムを作成し、最終的にそれらを使用して毛虫と他の種類の動物の間の進化的関係を理解することでした。」

淡水産と海産の2種の毛虫からDNAサンプルを入手し、その塩基配列を解析した後、研究チームは毛虫の遺伝コードを他の生物の遺伝コードと比較したところ、驚くべき発見をした。

しゃがむ（死亡した）ロブスタースチュワーデスの厳選された写真 モニダ S. ノルウェー出身、海洋毛虫に感染。 この画像は現在、数年前にこのワームがどのように収集され、ゲノム配列決定に使用されたかを実際のシナリオで表現したものとして撮影されています。 クレジット: マーティン・ソレンセン

欠けている遺伝子を発見する

「私たちが発見したのは、非常に驚​​くべきことでしたが、毛虫のゲノムには、基本的にすべての動物グループに存在すると予想される遺伝子セットの約 30 パーセントが欠落しているということでした」とクナ氏は言う。

このような発見は、多くの場合、科学者が間違いを犯したのではないかと考えるようになります。 ただし、両方の種類の線虫に存在しない遺伝子の間には関連性が存在します。 失われた遺伝子の大部分は、2 つの種間でまったく同じでした。 これは信じられないような偶然でした」とクーニャは言う。

Cunhaらは、他の動物には存在しないこれらの遺伝子が繊毛の生成に関与していることを発見した。

「繊毛は細胞レベルの小さな構造である細胞小器官であり、主にすべての動物に見られ、より広範には原生生物や一部の植物、菌類にも見られます。したがって、繊毛は地球上の多種多様な生命体に存在します」とクーニャ氏は言う。 それらは人体の多くの細胞に存在します。たとえば、精細胞の尾部は繊毛であり、網膜の細胞にも繊毛があります。

しゃがむ（死んだ）ロブスターホストの画像を見るノルウェー出身、海洋毛虫に感染。 ロブスターの甲羅は、虫が発見された場所を示すために開かれています。 この画像は現在、数年前にこのワームがどのように収集され、ゲノム配列決定に使用されたかを実際のシナリオで表現したものとして撮影されています。 クレジット: マーティン・ソレンセン

繊毛の喪失が与える影響

以前の研究で、科学者らは、毛虫が通常観察される場所に繊毛がないように見えることを発見しました。 たとえば、毛虫の精子には尾がありません。 しかし、毛虫の繊毛の視覚的証拠の欠如は、毛虫が存在しないという決定的な証拠とはみなされませんでした。 「ゲノムがなければ、あらゆる種の生活のあらゆる段階ですべての細胞を調べる必要があるでしょう」と、フィールド博物館の受粉昆虫の学芸員で論文の共著者であるブルーノ・デ・メデイロス氏は言う。

「これまでの観察によれば、毛虫には繊毛がないようですが、確かなことはわかりませんでした」とクーニャ氏は言う。 「ゲノムの解析により、他の動物にある繊毛を生成する遺伝子が実際には欠如していることがわかりました。そもそも、彼らは繊毛を生成する機構を持っていません。」

カリフォルニア州ミュアウッズ国定公園のブルーノ・デ・メデイロスさんの手に渡された、生きた淡水産ヘアワーム。 クレジット: ブルーノ・デ・メデイロス

進化パターンと将来の方向性の理解

さらに、淡水産と海洋産の毛虫種の両方が繊毛の遺伝子を失っているという事実は、この進化的変化がそれらの共通の祖先の遠い過去に起こった可能性が最も高いことを示しています。 「損失がグループの発展の早い段階で起こり、彼らはそれを引き継いでいただけだった可能性があります」とクナ氏は言う。

この暴露により、多くの新たな調査が行われる準備が整いました。 繊毛の欠如が毛虫にどのような影響を与えるか、あるいは毛虫の寄生行動が繊毛の欠如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を欠いていない寄生生物は他にもたくさんあるので、寄生生活のせいで遺伝子が欠落しているとは言えません」とクナ氏は言う。 しかし、寄生生物は一般に、多くの遺伝子が欠落していることがよくあります。 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、最終的にそれらの構造を失うと考えられています。」

将来の研究への影響

「マインドコントロール」特性を示す寄生虫は毛虫だけではありません。 同様の行動は、げっ歯類の猫に対する恐怖心を軽減するトキソプラズマ症の原因となる原虫や真菌にも見られます。 オフィオコルディセプスビデオゲームとテレビ番組「The Last of Us」で有名になり、アリを操作して真菌の胞子を分散させます。

これらの生物は毛虫とは遠い関係にありますが、この新しい研究は科学者が毛虫の行動の共通パターンを特定するのに役立つとクーニャ教授は信じています。 将来的には、生物間でこの比較分析を行うことで、類似点を探すことができるかもしれません。 あるいは、おそらく、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のでしょう。

参考文献：「寄生性線形動物の染色体ワイドゲノムアセンブリによって検出された全球的後生動物遺伝子の蔓延する喪失」Tauana J.Cunha、Bruno AS de Medeiros、Arianna Lord、Martin V. Sørensen、および Gonzalo Giribet 著、2023 年 7 月 18 日、こちらから入手可能。 現在の生物学。
DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.003