小さな海の生き物「ラーバシアン」は、粘液で自分の家を作る!?

animals_plants 2020/07/05

意外にも、ラーバシアン本体の尾部の動きは粘液の家を推進させるちからはない/Credit:nature
point
  • 奇妙な原始的脊索動物は体外に立体的な粘液の家をつくる
  • 粘液の家は海水からプランクトンを分離して濃縮する食品加工工場だった
  • ラーバシアンの粘液のもつ複雑な構造を自律的につくる力を解明すれば「構造性の粘液」という新概念の素材になりうる

私たちのよく知る「クモ」は、体内から産出した糸を使って自分の周囲にエサを捕らえるトラップ構造を作ります。

Larvaceans(ラーバシアン)と呼ばれる大きさ1cmほどの原始的な脊索動物の一種も、体外に「家」と呼ばれる構造を作り上げることが知られています。

この家はラーバシアンから分泌される特殊な粘液から構成されており、粘液は体外に分泌されると、複雑なフィルター状の立体構造に自律的に変化します。

ただ、この粘液のフィルターがどのような役目をしているかは、長い間、明らかにはされませんでした。

なぜならラーバシアンの作る家は非常に脆く、僅かな接触によって容易に破壊され、元の構造がわからなくなってしまうからです。

ラーバシアンの本体をとらえて、実験室内でフィルターを作らせようとする試みも繰り返されましたが、環境の違いによるのか、ラーバシアンは水槽の中では粘液の家を作ってはくれませんでした。

ですが今回、アメリカの研究者によって、一切の物理的な接触を行わないまま、ラーバシアンの生態を明らかにできたそうです。

いったいどんな方法が使われたのでしょうか?

実験室まで運べないなら、実験室を海に沈めればいい

側面部分の断層撮影。大きな横長の袋がチューブに取り囲まれたている様子がわかる/Credit:nature

ラーバシアンの粘液の家は実験室に運べず、ラーバシアン本体を捕らえても実験室では粘液の家を作ってくれません。

この厳しい条件を突破する手段として、アメリカの研究者たちは発想の転換を行いました。

研究者たちはDeepPIVと呼ばれる通常は実験室内で使われるレーザーシートイメージングデバイスを潜水艇に搭載し、研究装置ごとラーバシアンの元に向かったのです。

スキャンによって明らかになったラーバリアンの粘液の家の全景/Credit:nature

DeepPIVは非常に高性能な分析装置で、スキャンによって粘液の詳細な断面図構造を作成できます。

また、同時に3次元構造を構成できるだけでなく、粘液の内部を流れる海水の動きも記録可能です。

結果、上の図のように研究者たちはラーバシアンの粘液ハウスのほぼ完ぺきな構造データを取得することに成功しました。

また構造の分析から、興味深いことに、ラーバシアン本体の尾部の動きには、粘液ハウスをけん引する力がないこともわかりました。

これは、ラーバシアンの尾部は遊泳以外の目的で動いていたことを意味します。

エサが海水から分離される過程

取り入れられた海水は2つの袋状の構造にながれて行き、一部は側面を巡るチューブの開口部に吸い込まれる/Credit:nature

次に研究者たちは、粘液の家の用途として長年考えられていたエサを濃縮して本体に届ける「食品濃縮工場」としての役割を検証するために、取水口とおもわれる部分から蛍光性の溶液を注ぎました。

上の動画では、緑色の蛍光液が上下逆さに映っているラーバシアンの袋状の構造の中に流れて拡散してゆき、袋の外部を周るチューブの中に入り込んでいる様子が映されています。

以下ではその過程を3D画像を元に順に示します。

海水が粘液の家を進んでいくと不要な海水が排出され食料が濃縮されていく/Credit:nature

まず最初に、ラーバシアン本体の左右から海水が取り入れられ(上の図の緑のボール)、ラーバシアン本体の尾の動きにより海水が後方に開いた粘液ハウスの入口に海水が流されます。

そして後方から入った海水はフィルターの構造に従って、前方の2つの袋状の構造に向かいます(上の図の青のボール)。

側面をまわってラーバシアンの口元に続くチューブは、袋状の構造の内部に開口部を持っている/Credit:nature

袋状の構造は側面には複数のチューブ構造の入口が存在します。

海水がこの袋の中を進むと、不要な水は袋から滲み出て排出される一方で、エサはチューブに吸い上げられ最終的にラーバシアン本体の口元で合流するように作られています(上の図のオレンジのボール)。

また袋構造の上側に向けて滲み出た海水は、内側にある小さなスペースを経て、後方に開いた開口部から捨てられます(上の図の赤のボール)。

ラーバシアンの尾部の動きは、これら一連の食品濃縮過程を行う為の水流づくりのために動いているのでした。

遊泳に使われる尾部の動きが、推進力以外の目的を持つのは、非常に珍しいケースと言えます。

ただ海水の動きはわかったものの、なぜ能動的な選別機能なしに、食料が優先的にチューブに入り込むかはまだわかっていません。

そのため、もしこの秘密を解き明かすことができれば、非常に安価な粒子の濃縮装置や浄水装置の基本動作原理になると考えられます。

なぜ染み出た粘液が自律的に複雑な構造物を作り上げるか?

ラーバシアンの粘液の家は、粘液の概念を書き換える可能性がある/Credit:nature

今回の研究では粘液の家の機能が既存の仮説通り、食品濃縮工場であることが解明されました。

しかし依然として不明な点も数多く存在します。

特にラーバシアンの粘液が自律的に複雑な構造を作る原理は最も興味を引く謎です。

通常の生物の粘液は分泌されたらそれで終わりであり、このような複雑な構造を形成しません。

研究者は、ラーバシアンの分泌細胞か粘液のどちらか、あるいは両方に、通常の生物とは根本的に異なる仕組みが存在しているのだと考えています。

このようなラーバシアンの研究は一見、マイナーな生物を調査するだけのマニアックな研究だと思われがちですが、そうではありません。

それどころかラーバシアンの粘液の研究には、非常に大きな可能性が秘められているのです。

というのも、もしラーバシアンの粘液の仕組みを解き明かすことができれば、人類は「構造性の粘液」という全く新概念の素材を手に入れられるからです。

そうなれば、例えば、ボトルに入った粘液を垂らすだけで浮き輪や軟式のボートがつくれる…といった魔法のようなことも可能になるのです。

この可能性の大きさが、研究者が大規模な設備を使ってラーバシアンを本気になって調査している要因であるとも言えます。

研究内容はアメリカ、モントレーベイ水族館研究所のKakani Katija氏らによってまとめられ、6月3日に世界で最も権威ある学術雑誌「nature」に掲載されました。

Revealing enigmatic mucus structures in the deep sea using DeepPIV
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2345-2

深海生物なのにカラフルな新種を発見!名前はエルヴィス・プレスリーに由来

reference: livescience / written by katsu
ナゾロジーは皆さんの身近にある”素朴な疑問”を解決する科学情報メディアです。
最新の科学技術やおもしろ実験、不思議な生き物を通して、みなさんにワクワクする気持ちを感じてもらいたいと思っています。
Nazologyについて
記事一覧へ
あわせて読みたい

SHARE

TAG