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クラゲの横紋筋の独立進化

筋肉の起源を探る

27. Jun 12

"Nature"誌: 高等動物の筋肉の中心要素は想定されていたのよりはるかに古い


若いClytia hemisphaericaクラゲの筋肉(赤)と核(青)の側方観。このクラゲは傘の内側を円周状に走る横紋筋を収縮することによって泳ぐ。Credit: Johanna Kraus

ほとんど動物の特徴的な性質は、筋肉の助けによる素早く動く能力だ。動くことのできる動物は逃げたり、獲物を狩ったり、長距離を移動したり、新しい生息地を勝ち取ったりできる。だから、筋肉の進化は動物進化の間の根本的なステップだった。ウィーン大学のウルリッヒ・テヒナウは筋肉の起源について取り組んできた。彼の分析は、高等動物の筋肉の中心的構成要素の一部は以前推測されていたのよりはるかに古いことを初めて明らかにする。これらの結果は、いま権威ある"Nature"誌に発表された。それは、筋肉様の細胞収縮が動物進化の非常に初期にすでに起こっていたが、横紋筋などの、基本的筋肉細胞タイプの特殊化は後になってから数回独立に起こったことを示す。

筋肉の構造と機能は、とりわけ脊椎動物のそれは、徹底的に研究されてきたが、平滑筋および横紋筋の進化的起源はこれまで謎のままだった。パトリック・シュタインメッツ、ヨハンナ・クラウス、およびウルリッヒ・テヒナウらが、ドイツ、フランスおよびオーストラリアからの研究者たちとの国際協力で行った、比較ゲノムおよび遺伝子発現研究はイソギンチャク、クラゲあるいはカイメンなどの祖先的動物の起源筋肉要素を明らかにした。


遊泳するヒドロ虫類クラゲClytia hemisphaerica。円周方向の横紋筋の収縮はクラゲの遊泳中に典型的なジェット推進を導く。Credit: Patrick Steinmetz

遺伝子重複

系統学的比較は脊椎動物の横紋筋の重要な構造タンパクの一つである、「ミオシン」モータータンパクが、遺伝子重複によって起こったことを明らかにした。「この特定のミオシンがこれまで筋肉細胞にしか見つかっていないことから、我々はその起源が筋肉細胞の進化と同時に起こったと予想した。『筋肉ミオシン』が恐らく、最初の動物が生息するはるか前に、単細胞生物で進化したことが分かって非常に驚いた」とこの研究を率いたウルリッヒ・テヒナウは説明する。

カイメンでの調査

「全種で筋肉がないカイメンでは、『筋肉ミオシン』は水流の調節で役割を果たしているようだ」とゲルト・ヴェアハイデ(ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン)はコメントする。彼のチームはミヒャエル・ニッケル(イェーナ大学)とバーナード・デグナン(クイーンズランド大学)とともに、海綿動物における筋肉タンパクを調査した。


ヒドロ虫類クラゲClytia hemisphaericaの横紋筋(赤、横方向)と平滑筋(赤、縦方向)の筋細胞の拡大写真。細胞核は青色。Credit: Johanna Kraus

…そしてクラゲ

クラゲは筋肉の進化を理解する上で特殊な系統学的位置を占める。それらは刺胞動物という、6億年以上前に起源した動物のグループであり、横紋筋を有する。脊椎動物とクラゲの横紋筋のあいだに顕著な類似性があるために、これまで両者の横紋筋タイプが共通の起源を共有すると想定されていた。実際は、クラゲの横紋筋は太古の「筋肉ミオシン」も発現するが、「高等動物」の横紋筋の構造と機能に特徴的ないくつかの必須の要素が欠けている。

これは顕著な類似性があるにもかかわらず、クラゲと「高等動物」の横紋筋が独立に進化してきたことを示す。この研究は横紋筋のような、複雑だと思われる生物学的構造が非常に古い要素に基づいて独立に進化できることを明らかにする。

Universität Wien, Press Release
Searching for the origin of muscles
27. Jun 12

原論文
Patrick R. H. Steinmetz, et al. 2012.
Independent evolution of striated muscles in cnidarians and bilaterians
Nature (2012) doi:10.1038/nature11180, Published online 27 June 2012
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