新しい研究によると、ヒトデの体は実際には頭だけだという

CNN の Wonder Theory 科学ニュースレターに登録してください。 魅力的な発見や科学の進歩などのニュースで宇宙を探検しましょう。

CNN
—

ほとんどの動物の頭は簡単に認識できますが、科学者はこれまでヒトデについて同じことを言うことができませんでした。

このヒトデには同一の腕が5本あり、その下に「管足」の層があり、海洋生物が海底に沿って移動するのに役立つため、博物学者らはヒトデには特定の前端と後端があるのか​​、そもそも頭があるのか​​疑問に思っている。

しかし、新しい遺伝子研究はそうではなく、ヒトデの大部分は胴体や尾部を持たない頭であり、時間の経過とともに進化の過程でそれらの特徴を失った可能性があることを示唆しています。
研究者らは、幹を持っているように見えるヒトデの祖先の奇妙な化石は、新たな発見に照らして進化論的により理にかなっていると述べた。

結果は水曜日に雑誌に掲載されました 自然。

「まるでヒトデの胴体が完全になくなっているかのようで、頭だけが海底を這っていると表現するのが最も適切だ」と、この研究の筆頭著者でスタンフォード大学とカリフォルニア大学バークレー校の博士研究員ローラン・フォーメリー氏は述べた。声明。 。 「これは科学者たちがこれらの動物について想定していたものとはまったく異なります。」

この発見は、遺伝子配列決定の新しい方法によって可能となり、棘皮動物について残された最大の疑問のいくつかに答えるのに役立つ可能性がある。 これには、人間や似ても似つかない他の動物との共通の祖先が含まれます。

独自のボディプラン

ヒトデは棘皮動物と呼ばれるグループに属しており、ウニ、サンドドル、ナマコが含まれます。 この珍しい動物は、5 つの等しいセクションに配置された独特の身体プランを持っており、左右が互いに鏡映し合う両側性動物の頭から尾までの対称的な体とは大きく異なります。

ヒトデは受精卵として生まれ、孵化して幼生となり、数週間から数か月かけてプランクトンのように海中を漂い、その後海底に定着します。 そこでは、連星体を星型、または五角形の天体に変換するプロセスが行われます。

「これは何世紀にもわたって動物学の謎であった」と、この研究の上級著者の一人でスタンフォード大学の海洋・発生生物学者であるクリストファー・ロウ氏は声明で述べた。 「どうやって 2 倍のボディ プランから 5 倍のボディ プランに移行するのでしょうか。また、ヒトデの一部を私たち自身のボディ プランとどのように比較するのでしょうか?」

ほとんどの動物の両側性のボディプランは、頭と体幹、または主要な体の領域にまで遡ることができる分子レベルでの遺伝的作用に由来しています。そのため、人間などの脊椎動物と昆虫を含む多くの無脊椎動物は、同様の遺伝的プログラミングを共有しています。 この発見は賞を受賞しました ノーベル賞 1995年に生理学または医学の博士号を取得。

しかし、棘皮動物は左右相称動物と共通の祖先を共有しており、研究者が解明しようとしている謎はさらに増大している。

研究の共著者でカリフォルニア大学講師のジェフ・トンプソン博士は、「棘皮動物のさまざまな体の部分が、他の動物群で見られるものとどのように関係しているのかは、研究全体を通じて科学者にとって謎であった」と述べた。 サウサンプトン大学は声明で、「ヒトデの両側の親戚では、体は頭、胴体、尾に分かれている。しかし、ヒトデを見ただけでは、これらの部分が動物の両側の体とどのように関係しているのかを理解することは不可能である」と述べた。

この新しい研究の背後にある研究者らは、マイクロコンピュータ断層撮影法を使用して、ヒトデの形状と構造を前例のない 3D で観察しました。

次に、チームメンバーは高度な分析技術を使用して、組織内の遺伝子が発現している場所を特定し、細胞内の特定の RNA 配列を特定しました。 遺伝子発現は、遺伝子内の情報が活性化されるときに発生します。

特定の分子マーカーは体の設計図のように機能し、各細胞をそれが属する体の領域に導きます。

「動物の皮膚を剥ぎ、頭と尾の決定に関与する遺伝子を調べると、すべての動物グループで同じ遺伝子がこれらの体の領域をコードしていることがわかります」とロウ氏は述べた。 「そこで私たちは解剖学的構造を無視して、この奇妙な解剖学的構造の下に分子軸が隠されているのか、ヒトデの五条体の形成における分子軸の役割は何なのか、と考えました。」

これらのデータを組み合わせて 3D マップを作成し、ヒトデの発生と成長に伴って遺伝子が発現する場所を特定しました。 研究チームは、皮膚や神経系を含むヒトデの外胚葉の発達を制御する遺伝子を特定することができた。

頭部の発達に関連する遺伝的特徴はヒトデ全体で検出されており、特に星の中心と各肢の中心に集中しています。 しかし、胴体と尾部の遺伝子発現はほとんど見られず、ヒトデは「今日私たちが知っている中で、頭と胴体が分離した最も劇的な例である」ことが明らかになったと、チャン研究者でもあるフォーメリ氏は述べた。 ザッカーバーグ バイオハブ、サンフランシスコの非営利研究組織。

この研究には、プリシラ・チャン博士とマーク・ザッカーバーグ博士が2021年に共同設立したチャン・ザッカーバーグ・バイオハブのほか、NASA、国立科学財団、レバーフルム基金から資金提供を受けた。

「ヒトデの遺伝子発現を脊椎動物などの他の動物群と比較したところ、体の計画の重要な部分が欠けているように見えました」とトンプソン氏は述べた。 「通常、動物の胴の形成に関与する遺伝子は、外胚葉では発現されません。棘皮動物の全身計画は、他のグループの動物の頭部とほぼ同等であるようです。」

ヒトデや他の棘皮動物は、祖先が胴部を失ってから独自の身体設計を発達させ、他の動物とは異なる移動や摂食を可能にしたと考えられます。

「私たちの研究により、棘皮動物の体の構造は、これまで考えられていたよりも複雑な方法で進化したことがわかりました。この興味深い生き物については、まだ学ぶべきことがたくさんあります」とトンプソン氏は述べた。 「過去 10 年間これらの動物を研究してきた者として、これらの発見はこの動物群に対する私の考え方を根本的に変えました。」

動物の研究は主に、人間と類似点を持つ動物を対象としています。 しかし、棘皮動物のようなグループを研究すれば、地球上の生命の進化に関する最も複雑な謎のいくつかを解決できる可能性があります。

「ほとんどの動物は驚くべき神経系を持っておらず、外で獲物を狩ります。彼らは海の中に穴を掘って暮らす質素な動物です。人々は一般的にこれらの動物に惹かれることはありませんが、おそらく生命が始まった頃のことを象徴しているのでしょう」 」とロウは言った。

ヒトデなどの動物がどのように進化するかを理解することで、さまざまな種が健康を維持する多様な方法についての洞察も可能になります。

「頻繁に研究されていない生物を扱うのは確かに難しいです」と、研究共著者でカリフォルニア大学バークレー校の遺伝学、ゲノミクス、進化と発達の教授であり、チャン・ザッカーバーグ・バイオハブの研究者であるダニエル・ロクサール氏は言う。と声明で述べた。

「しかし、私たちが普通ではない方法で働く珍しい動物を探索する機会を掴むことができれば、それは生物学に対する視野を広げることを意味し、それは最終的には環境問題や生物医学の問題の解決に役立つでしょう。」