誰もが知っているように、恐ろしい状況に陥ると脈拍数が増加したり、心臓が止まりそうになったりすることがあります。他の生き物もそうなのでしょうか？研究者らは今回ショウジョウバエを使って、この昆虫の特殊な心臓血管系が危険にどのように反応するかを調査した。どうやら恐怖によって心臓が高鳴ることもあるようですが、その逆もあるそうです。これはハエが逃げることを決意するか、それともショック状態に陥るかによって決まります。驚くべきことに、昆虫にも一種の自律神経反応が働いているようです。この結果は基礎研究にとって重要である、と科学者らは言う。
加速する心臓の鼓動の音だけで鳥肌が立つほど、それはほとんど恐怖の象徴です。危険に反応して心拍数が上昇することに加えて、人間や他の脊椎動物ではその逆の効果も知られています。恐怖により逃走反応ではなく一種の麻痺が引き起こされると、脈拍数が大幅に低下する可能性があります。極端な場合には、これが中断につながる可能性があり、それは「心臓が止まりそうになった」という表現に反映されます。
「脊椎動物では、脅威が発生すると、いわゆる自律神経系が作動し、私たちがよく知っている心臓の活動に突然の変化を引き起こすことがわかっています。しかし、このシステムは昆虫には存在せず、脅威にさらされたときに心臓活動にどのような変化が現れるかは不明でした」とリスボンのシャンパリモー未知センターのマルタ・モイタ氏は言う。この知識のギャップを埋めるために、彼女と同僚は現在、有名な研究モデル昆虫であるキイロショウジョウバエに関する研究を実施しています。
視界にハートを飛ばす
実験中、科学者たちは特別な照明と蛍光効果を使用して、わずかに透明な外骨格を通してハエの心臓を観察しました。実験動物は身動きを固定されたが、「逃げる」という形での逃避反応を示すことができた。彼らは小さなボールの上に立って足で動かした。ハエを怖がらせるために、研究者らは、脅威が迫ってくるように見えるスクリーン上で成長する影をハエに見せた。
「私たちにとって驚いたことに、ハエの心臓も、採用された防御反応に応じてその活動を変化させました」とモイタ氏は報告しています。ハエが逃げることを決意したとき、心臓の鼓動は加速しました。一方、動物が恐怖で麻痺した場合、つまり目立たないほど動かなくなると、心臓の動きが鈍くなることが研究で判明した。 「この発見は、私たち神経科学者にとって非常に興味深いものです」とモイタ氏は強調する。 「ハエには脊椎動物のような自律神経系がないため、別のメカニズムが働いていると考えられます。今問題になっているのは、私たちがまだ知らない自律神経系に似た構造があるのか、それともまだ発見されていないまったく異なるメカニズムがあるのかということです」とモイタ氏は説明する。
研究者らはさらに報告しているように、昆虫の心臓の特別な特徴、つまり二方向にポンプを送り出すことができるという点に関連する興味深い詳細な発見も行った。私たちの心臓とは対照的に、臓器は 2 列の細胞から形成される一種の管です。昆虫の心臓は、特定の収縮パターンを通じて上半身または下半身に向かう血液の流れを生成します。今回の実験では、危険に対する逃走と恐怖による麻痺の両方の反応において、ハエの心臓が体の前部に向かってより活発にポンプを動かすことが示された。
新たな研究の可能性
「少なくとも逃げるときは、体の前部に多くの栄養素を送り込むのが理にかなっています。なぜなら、そこには脳、脚、翼があるからです。しかし、動けなくなったことに対する反応はかなり驚くべきものでした。ハエは凍っていても行動の準備をしているのではないかと考えています」とモイタ氏は説明する。研究者らはさらなる研究を通じて、この準備状態がエネルギー消費の増加と関連しているという証拠も発見した。 「この発見は、剛性が受動的でエネルギーを保存する動作状態であるという仮定に矛盾します。現在未解決の問題は、ハエが何を準備しているのかということだ」とモイタ氏は語った。
研究者らが現在追求したい最も重要な研究テーマは、ハエの危険に対する心臓の反応を制御する神経構造の研究となるだろう。科学者たちは、他の場合と同様に、ハエでの発見によって生物の基本原理が明らかになるのではないかと期待している。 「最終的に、この研究は、神経系が人間を含む他の動物の行動をどのように制御するかについてのより良い理解に貢献する可能性があります」とモイタ氏は結論づけています。
出典: Champalimaud Center for the Unknown、専門記事: Current Biology、doi: 10.1016/j.cub.2021.10.013
