食虫植物ハエトリソウの”葉が閉じるメカニズム”を解明!30年前の仮説を日本の研究チームが実証

plants

ハエトリソウが閉じる仕組みを解明
ハエトリソウが閉じる仕組みを解明 / Credit: 基礎生物学研究所

アメリカ南東部にのみ分布する「ハエトリソウ」は、虫を食べて栄養にする食虫植物です。

一般的な植物は根っこから栄養補給するのですが、ハエトリソウは虫を挟み込む葉っぱから養分を摂るので、栄養に乏しい土壌でも生育できます。

その一方で、ハエトリソウが葉を閉じる仕組みは、これまで解明されていませんでした。

しかし今回、基礎生物学研究所の研究グループが、約30年前に提唱された仮説を実証し、葉が閉じるメカニズムの解明に成功したと発表しました。

10月5日付けで『Nature』に掲載された報告によると、ハエトリソウに与えられた刺激量が、ある閾値を超えると閉じるようになっていたとのことです。

ハエトリソウは”短期記憶”を持つ

ハエトリソウの2枚折りになった葉は、縁に沿って多くのトゲを持ち、内側の葉表面には6本の鋭い「感覚毛」があります。

この感覚毛に刺激が与えられると葉が閉じるのですが、1回触っただけでは閉じません。

30秒以内にもう1回触ると、わずか0.3秒で素早く葉を閉じ、昆虫を捕まえるのです。

感覚毛に触れると葉が閉じる
感覚毛に触れると葉が閉じる / Credit: 基礎生物学研究所

2回触らないと反応しないのは、雨やゴミが当たって意図せず葉を閉じないようにするメリットがあると言われます。

ただここには「1回目の刺激を30秒間覚えている」という”短期記憶”の存在が暗示されています。

脳や神経を持たないハエトリソウが、どうして刺激を覚えていられるのでしょうか。

30年前に提唱された仮説

これについて、ドイツ人科学者のホディックとシーバースは、1988年に「カルシウムイオンの濃度変化が関係しているのではないか」と推測しました。

彼らの仮説は以下の通りです。

・ハエトリソウの感覚毛を刺激すると電気信号が発生し、細胞内のカルシウムイオン濃度が上がる

・放出したカルシウムイオンは蓄積し、ある一定の閾値を超えると葉が閉じる

・1回目の刺激だけでは閾値を超えず、もう1度刺激を与えなければならない

・カルシウムイオン濃度は徐々に減少し、30秒以上経つと、2回目の刺激を与えても閾値を超えなくなる

カルシウムイオン濃度が上昇し、ある閾値を超えると葉が閉じる
カルシウムイオン濃度が上昇し、ある閾値を超えると葉が閉じる / Credit: 基礎生物学研究所

2人のアイデアは当時から説得力のあるものでしたが、カルシウムイオン濃度の変化を測定する方法がなく、30年以上にわたり実験されてこなかったのです。

仮説は正しかった!日本の研究グループが証明

そこで基礎生物学研究所の研究グループは、カルシウムイオンの濃度変化を測定するべく、ハエトリソウに「GCaMP6f」というタンパク質の遺伝子を組み込みました。

このタンパク質は、カルシウムイオンと結合することで緑色に発光するため、濃度変化を可視化することができます。

これをもとに実験したところ、1回目の刺激では、感覚毛から葉表面に蛍光反応が広がりました(下図の一番上)。しかし、時間が経つにつれて、蛍光範囲は減っていきます(真ん中の列)。

30秒以内に2回目の刺激を与えると、蛍光反応は強くなり、葉が勢いよく閉じました(一番下の列)。

これはカルシウムイオン濃度が閾値を超えたことを示します。

1回目から30秒以内に刺激を与えると閾値を超えて葉が閉じた
1回目から30秒以内に刺激を与えると閾値を超えて葉が閉じた / Credit: 基礎生物学研究所

一方で、ホディックとシーバースの仮説の通り、1回目の刺激から30秒を超えると、カルシウムイオンは大幅に減少し、2回目の刺激を与えても葉は閉じませんでした。

これは刺激量がある閾値を超えなかったことを示しており、2人の仮説が正しかったことが証明されました。

研究チームは今後、葉の動きとカルシウムイオンの関係をより詳しく調べることで、食虫植物の進化プロセスを解明していく予定です。

その結果の応用次第では、普通の植物を動かせるようになるかもしれません。

あわせて読みたい

SHARE

TAG