2022 Fiscal Year Research-status Report
多細胞生物が統制のとれた環境応答行動を獲得するまでの進化過程
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21K06295
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
植木 紀子 法政大学, 法学部, 教授 (80415116)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 多細胞化 / 大型化 / ボルボックス目 / ボルボックス / 光反応 / 鞭毛 / 繊毛 / 環境応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ボルボックス目に属する種は鞭毛を使って水中を遊泳し、鞭毛運動を調節することで環境の条件に応じた行動を行う。光刺激を与えると一時的に鞭毛が反応するが、その反応の様式は種によって異なっており、「波形変換」「反応なし」「停止」「方向変化」パターンに分類できることがわかっていた。
本年度は、この違いが何に依存するのかを確かめるため、ボルボックス目に属する様々な細胞数の種について、一個体あたりの細胞数と個体の最大サイズ（前後方向の長さ）を測定した。その結果、特に「停止」グループと「方向変化」グループの違いが、系統関係よりも細胞数やサイズの違いに依存することを示唆する結果が得られた。
個体の細胞数とサイズが増加すると、なぜ「方向変化」反応を行う必要が生じるのか。その理由を、ボルボックス目緑藻が水中を遊泳する際の物理的環境が、粘性力が支配的な環境から慣性力が支配的な環境へ移行したためではないかと考えた。そこで、各種の個々の個体の直径と遊泳速度を同時計測し、その値から実際の粘性力と慣性力の比（レイノルズ数）を求めた。その結果、「波形変換」グループに属する種のレイノルズ数はおよそ0.001、「反応無し」グループは0.001-0.01程度、「停止」グループは約0.001-0.1程度、「方向変化」グループは0.1-1程度であることが判明した。
以上の結果より、次のような説明ができる。多細胞化進化によって個体のサイズと推進力が増加し、レイノルズ数すなわち慣性/粘性の比が上昇した。つまり、慣性力の影響を無視できない物理的環境になった。このような環境では、個体の動きを制御するために鞭毛を「停止」させるだけでは不十分である。そこで、慣性力の影響がより大きい物理的環境で効果的な、鞭毛の「方向変化」という新しい光反応様式パターンが獲得された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ボルボックス目全体に渡る種について一つ一つの個体の具体的なレイノルズ数を求めることにより、物理的環境の変化が、進化における新しい鞭毛運動調節形式の獲得の大きな要因となっていることを示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ボルボックス目緑藻のいくつかの種で、鞭毛の光に対する反応の際に「停止」と「方向変化」の両方を示すことが観察されているため、その詳細を明らかにする。また、ボルボックス目緑藻には一時的に鞭毛運動の「停止」を示す種が多く含まれることがわかったが、その停止反応持続時間は様々である。このことについて、種による違いや条件による違いを定量的に記述したい。
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| Causes of Carryover |
次年度に国内研究（サバティカル）を行うことが決定したため、国内研究先で使用することとした。物品の移動に伴う費用及び国内研究先での研究に必要な消耗品費に充てることを計画している。
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