「アメーバ」は人間よりも迷路攻略が得意だった!行き止まり回避能力の謎が解明される

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アメーバの動きには迷いがなく行き止まりを回避してゴールに向かっている/Credit:Science
reference: sciencealert

 

アメーバは「見えないはずの迷路の行き止まり」も予知して回避する能力があると判明しました。

先行研究では、特定のアメーバは化学誘引物質に引き寄せられて移動することが知られています。

そのため、ゴール地点に誘引物質を置くことでアメーバに迷路を解かせる動機付けができるのです。

しかし8月28日に「Science」に掲載された論文で、迷路の分岐路において、両方の道が同じ濃度の誘引物質で満ちている場合でも、アメーバは行き止まりを予知したように回避して、正しい道を選べることが明らかになりました。

なぜ、いったいどうやって、アメーバは見えない行き止まりを回避して正しい道を進んでいたのでしょうか?

謎の行き止まり回避能力

難しい迷路(左)と簡単な迷路(右)の攻略速度がほぼ等しいのは、アメーバに行き止まりを予知して回避する能力があるからである。どちらの迷路もアメーバにとっては一本道/Credit:Science

これまでの研究で、単細胞生物や体内の白血球は化学誘引物質に反応して集まってくることが知られています。

誘引物質は主に、栄養価の高いエサのシグナルや怪我をした場所への集合シグナルとなります。

しかしながら既存の研究は主に短距離の移動に焦点をあてたものが多く、長距離かつ複雑な迷路や血管系を突破する能力についてはわかっていませんでした。

上の動画では、スタート地点から出発したアメーバがゴール地点から連続的に放出される誘引物質につられて、迷路を攻略していく様子を映しています。

なお、左側は分岐の多い難しい迷路で、右側は簡単な迷路です。

興味深いことに、アメーバが左右の迷路を攻略する時間はほとんど同じでした。

人間ならば難しい迷路では攻略時間が伸びるはずなのに、どうやら行き止まり回避能力を持つアメーバにとっては、どちらも正解までの一本道に過ぎないようなのです。

謎を解き明かす2つのヒント

誘引物質の濃度が色で示されている(青色が高濃度)。研究者はアメーバが通った後と行き止まりルートの先の両方で誘引物質が枯渇していることに気が付いた/Credit:Science

アメーバには行き止まり回避能力が確かにあるという事実はわかりました。

しかし依然として不思議なのは、分岐路における預言者のような行動です。

アメーバがゴール地点にある誘引物質の濃度の濃い方に引き寄せられているのは明白ですが、なぜ分岐路が同じ濃度の誘引物質で満たされていてもハズレを引かないのかがわかりません。

そこでイギリスの研究者たちはアメーバが迷路を攻略する様子をさらに詳細に観察すると共に、コンピュータモデルのシミュレーションを駆使し、謎解明に挑みました。

結果、2つの興味深い事実に気が付きます。

1つめは、迷路を攻略する能力は、なぜか先頭を進む個体が最も高かった点。

そしてもう1つは、先頭集団の通った「後」と行き止まりルートの「先」では誘引物質が枯渇しているという事実でした。

これだけでは全く意味不明の関連性のない現象に思えますが、長年謎解明に打ち込んでいた研究者にとっては全てを直感するには十分でした。

いったい研究者はこの2つの事実から、どんな結末を見出したのでしょうか?

着目すべきは、次の3点です。

1つ目と2つ目は、先に述べた通り「先頭集団の高い攻略力」と「誘引物質の枯渇現象」です。

そして最後の3つ目は、研究者自身が設定した「誘引物質はゴール地点から連続的に少しずつ放出されている」点です。

謎の正体はアメーバの分解能力にあった

アメーバは分岐路にくると両方のルートに脚を伸ばして誘引物質を吸い取る。正しい方向からは誘引物質が補充されるが行き止まりルートからは新たな誘引物質が流れてこない。/Credit:ナゾロジー

研究者の直感したストーリーは、アメーバの持つ誘引物質の分解能力に基づくものでした。

アメーバは同じ濃度で満たされた分岐路に立たされた場合、両方の道に身体の一部を伸ばして、誘引物質を吸い取り、体内で分解していたのです。

こうすることで、正解の道からは新たな誘引物質が流れてきて吸収された分を補います。一方、行き止まりの道からの供給はストップします。

アメーバはこのわずかな誘引物質の供給状態の差を利用して、行き止まりを回避して正しい道に進んでいたのです。

このことは、アメーバは単に誘導物質の濃度勾配に引かれるだけでなく、岐路に立った時は自ら局所的な誘導物質の濃度勾配を生み出していたことを意味します。

また先頭集団が順調である一方で後方集団の動きが鈍かったのも、誘引物質を先頭集団が独り占めして他者に周らないように分解していたと考えられます。

単純なシステムではありますが、迷路攻略と生存競争の必勝法とも言えるものです。

シミュレーションによる再現

アメーバの能力をシミュレーション世界でも検証してみた。アメーバは誘引物質(青色)を消費・分解しながらゴールを目指いしている/Credit:Science

次に研究者は、アメーバの誘引物質の分解と、分岐路における決定メカニズムをシミュレーションに落とし込んでみました。

その結果、シミュレート世界のアメーバも先頭集団とその他に別れただけでなく、先頭集団は現実世界と同じように高い行き止まり回避能力を発揮し、複雑な迷路を最短で攻略しました。

体内の白血球も同じ仕組みで動いてる可能性が高い

ハンプトン宮殿にある迷路もアメーバは迷いなく攻略した/Credit:Science

今回の研究により、発見された細胞の行き止まり回避能力は単純な仕組みながら、非常に有用であることがわかりました。

人間の体内に存在する白血球細胞も、複雑な血管の迷路を攻略して傷口に迅速に集まる能力が知られており、同じ仕組みが使われているのかもしれません。

また行き止まり回避能力の解明が進めば、白血球を操作したり、体内に流し込んだナノマシーンの誘引・制御も可能になるでしょう。

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