人間とは異なり、一部の動物種は損傷したり切断された体の部分が成長して元に戻ります。失われた腕、脚、その他の四肢は、単に新しいものと置き換えられます。しかし、なぜすべての動物にはこの再生能力がないのでしょうか?扁形動物に関する研究で新たな証拠が得られました。したがって、無性生殖を行う線虫には手足が生えます。研究者らは、再生能力は進化の妥協として生殖戦略と並行して発達した可能性があると結論づけている。
一部のクモ、カタツムリ、ゼブラフィッシュ、サンショウウオ、アホロートルなどの一部の種は、欠損または損傷した体の一部、さらにはほぼ体全体を再生することができます。再生は、一部の種類の扁形動物に特に効果的です。扁形動物を切断すると、それぞれの部分から新しい線虫が成長します。ただし、他の扁形動物種は欠陥のある組織や器官を置き換えることはできません。 「この形式の再生は動物界では例外のようですが、生存には大きな利点があるはずです」とゲッティンゲンのマックス・プランク学際的自然科学研究所の主任著者ヨッヘン・リンクは言う。では、なぜ私たち人間を含むこれほど多くの動物にはこの再生能力が欠けているのでしょうか?
同氏の研究チームによるこれまでの実験では、再生能力がどのように制御されているかがすでに解明されていた。 「扁形動物が再生するとき、いわゆる Wnt シグナル伝達経路が分子スイッチのように機能します」と細胞生物学者は説明します。この信号伝達経路が「オン」の場合、線虫は尾を生やし、「スイッチがオフ」の場合、頭が形成されます。シグナル伝達経路が完全に遮断されると、全体的な再生能力が向上します。今回、筆頭著者のミケル・ビラ＝ファレ氏が率いるリンクのチームは、このメカニズムがどの扁形動物種で特に効果的であるか、またそれが進化の過程でいつ発達したかについても調査した。これを行うために研究者らは、36 種の異なる扁形動物の首を切断した後、どの程度頭部が再生できるかを調べた。これは、同研究所の広範な扁形動物のコレクションによって可能になりました。
扁形動物の再生試験
これは、扁形動物種が異なる速度で再生できることを示しました。 「3つのグループが見つかりました」とビラ・ファレ氏は説明します。 「最初のグループは再生能力が乏しいかまったくなく、2番目のグループは体の一部を交換する能力が限られており、3番目のグループは確実な頭部再生能力を持っています。これらの限られた再生能力は常にWntシグナル伝達経路に基づいていました。」その後、科学者らは補足的な家系図分析で、さまざまな種が進化のどの時点で頭部を再生する能力を発達させたか、あるいは失ったかを再構築した。その結果、「器官や組織を再成長させる能力は、異なる扁形動物種で何度か独立して発達してきたが、時間の経過とともに異なる種で独立して失われてきた」とヴィラ＝ファレ氏は観察を要約して述べた。
しかし、なぜその能力が保存されなかったのでしょうか？比較が示したように、扁形動物の種は生殖戦略も異なります。無性生殖または有性生殖のいずれかです。したがって研究者らは、これが再生能力に影響を与えるのではないかと考えた。この理論を調査するために、彼らは特に扁形動物種「Schmidtea mediterranea」のさまざまな株をテストして、切断された体の部分が再生するかどうか、そしてそれらのWntシグナル伝達経路がどの程度活性であるかを調べました。彼らは、無性生殖を行う扁形動物が 2 つの部分に分かれ、それぞれが新しい線虫に成長することを発見しました。 「これらの種は繁殖するために再生能力を必要とします」とビラ・ファレ氏は結論づけています。対照的に、欠損した四肢が部分的にのみ再生する線虫の種は、ほぼもっぱら有性生殖を行います。 「彼らは卵を産むので、繁殖するために体の一部を複製する必要はありません」とビラ・ファレ氏は説明します。彼のチームは、分子レベルでも対応する違いも発見した。つまり、Wntシグナル伝達経路の分子スイッチは、無性生殖する系統よりも有性生殖する系統の方が有意に活性が高かった。
生殖と再生の間の妥協?
研究者らは、Wntシグナル伝達経路も生殖系の発達において重要な役割を果たしていると結論づけています。 「さまざまな扁形動物種における再生能力の獲得または喪失は、Wnt シグナル伝達経路と生殖システムの間の相互作用による可能性があります」とリンク氏は説明します。研究者らは、Wntシグナルが精巣と卵黄の形成を促進するが、そのためにはWntシグナルの阻害が必要となるため、再生能力が犠牲になるのではないかと考えている。
したがって、Wntシグナル伝達経路のオンとオフを切り替えることは、効果的な有性生殖と不十分な再生、またはその逆の進化上の妥協である可能性があります。 「私たちの仮定では、扁形動物の再生能力は傷を『修復』するために進化したのではなく、分裂による無性生殖に進化したのではないかと考えています」とリンク氏は言う。これは、再生能力を持つ種とない種が自然界に出現した理由を説明できる可能性があります。今後さらなる研究で、この仮説が正しいかどうか、またこの関連性が関係する動物グループが他にも存在するかどうかを明らかにする必要がある。環境の影響が再生能力の進化的発達に影響を与えているかどうかについても、さらなる研究が行われる必要がある。
出典: Vila-Farré (Max Planck Institute for Multidisciplinary Natural Sciences) 他、Nature Ecology and Evolution、 doi: 10.1038/s41559-023-02221-7
