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

多细胞生物获得受控环境响应行为的进化过程

• 批准号: 21K06295
• 负责人: 植木 紀子
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Hosei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06295/
• 关键词: 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; 走光性

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。

ボ ル ボ ッ ク ス orders す に genera る は flagella を make っ て in water swim を し, flagella movement を す る こ と で の conditions に 応 じ う た を action line. Light stimulation を and え る と transient に flagella が anti 応 す る が, そ の anti 応 の others type は kinds に よ っ て different な っ て お り, "waveform variations in" "the 応 な し" "stop" - "direction" パ タ ー ン に classification で き る こ と が わ か っ て い た. What this year は, こ の violations い が に dependent す る の か を か indeed め る た め, ボ ル ボ ッ ク ス orders す に genera る others 々 な cell number の kind に つ い て, an individual あ た り の cell number と individual の biggest サ イ ズ direction の さ) before and after (を determination し た. そ の results, に "stop" グ ル ー プ と "direction -" グ ル ー プ の violations い が, system masato よ り も cell number や サ イ ズ の violations い に dependent す る こ と を in stopping す る results ら が れ た. The number of individual <s:1> cells とサ ズが ズが increases すると and なぜ "direction change" reverses 応を rows う necessary が to generate じる <s:1> ズが ズが. そ の reason を, ボ ル ボ ッ ク ス mesh algae を が water swimming す る interstate が の physical environment, and viscous force が dominate な environment か ら な environment へ migration of inertial force が dominate し た た め で は な い か と exam え た. そ こ で, various の 々 の individual の diameter と を swimming speed measuring し, そ の numerical か ら be interstate の viscous force と force の than (レ イ ノ ル ズ) を o め た. そ の results, "waveform variations in" グ ル ー プ に genus す る kind の レ イ ノ ル ズ number は お よ そ 0.001, "the 応 nothing し グ ル ー プ 0.001 0.01 degree," stop "は グ ル ー プ は about 0.001 to 0.1 degree, the direction of" - "グ ル ー プ は 0.1 1 degree で あ る こ と が.at し た. The above <s:1> result よ よ and the next ような ような indicate that がで がで る る. Multiple cellular evolution に よ っ て individual の サ イ ズ と propulsion が raised し, レ イ ノ ル ズ number す な わ ち inertial/sticky の rise than が し た. Youdaoplaceholder0 ま ま, inertial force <s:1> influence を ignore で な な physical environment になった. The <s:1> ような ような environment で である and the individual <s:1> action を を control the するために flagella を to "stop" させるだけで <e:1> is not very である. そ こ で, inertial force の が よ り big き い physical environment で unseen fruit な, flagella の "direction -" と い う new し い light anti 応 others type パ タ ー ン が get さ れ た.

项目成果

ボルボックス目緑藻における鞭毛の光反応様式と大型化進化

藻科绿藻的光反应模式和鞭毛增大

• 发表时间: 2022
• 作者: Tuan Dat Le;Akihiro Tsuji;Yoshihiro H. Inoue;植木 紀子
• 通讯作者: 植木 紀子

緑藻ボルボックス目における個体サイズと鞭毛光反応の協調的進化

绿藻团藻目个体大小与鞭毛光响应的协同进化

• 发表时间: 2022
• 作者: 植木紀子;若林憲一
• 通讯作者: 若林憲一

Observation of Photobehavior in &lt;em&gt;Chlamydomonas reinhardtii&lt;/em&gt;

光行为观察

• DOI: 10.3791/63961
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Visualized Experiments
• 作者: Ueki Noriko;Isu Atsuko;Kyuji Ayaka;Asahina Yuma;So Satoaki;Takahashi Rina;Hisabori Toru;Wakabayashi Ken-ichi
• 通讯作者: Wakabayashi Ken-ichi

Cooperative Evolution of Individual Size and Flagellar Photoresponse in Volvocales

团藻个体大小与鞭毛光响应的协同进化

• 发表时间: 2022
• 作者: Noriko Ueki;Ken-ichi Wakabayashi
• 通讯作者: Ken-ichi Wakabayashi

緑藻ボルボックスの行動のしくみー5000細胞の集合体が多細胞生物として機能するには

绿藻 Volvox 的行为方式 - 5000 个细胞的集合如何作为多细胞生物发挥作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 赤津優菜;無津呂（青木）裕美;田村浩二;植木紀子
• 通讯作者: 植木紀子