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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。