耳のない虫は、皮膚を通して耳を傾ける

耳のない虫は、皮膚を通して耳を傾ける生物学
ミシガン大学の新しい研究により、線虫C.エレガンスが、耳のような器官を持たないにもかかわらず、空気中の音波を感知して反応することが明らかになりました。©Rajani Arora, University of Michigan Life Sciences institute

耳がなくても音波を感じることができる一般的なモデル種は、聴覚を研究するための新しいツールとなる。

ミシガン大学生命科学研究所が発表した新しい研究によると、生物学研究に広く用いられている回虫の一種は、耳のような器官がないにもかかわらず、音を感知して反応することがわかりました。

この研究成果は、9月22日発行の学術誌「Neuron」に掲載される予定で、聴覚の遺伝的メカニズムを研究するための新たな生物学的ツールとなります。

生命科学研究所のShawn Xu教授の研究室では、15年以上前からカエノラブディティス・エレガンス(Caenorhabditis elegans) という線虫を使って感覚生物学の研究を行っています。

Xu氏の研究室がこの研究を始めた当時、この1ミリサイズの虫には触覚、嗅覚、味覚の3つの主要な感覚しかないと考えられていました。

しかし、Xu氏の研究室では、目がないにもかかわらず光を感じることができることや、体を動かしているときに自分の体の姿勢を感じることができること(プロプリオセプション)などを明らかにしました。

LSIの研究教授であり、本研究の筆頭著者であるXu氏は、「もう1つの主要な感覚である聴覚が欠けていました。聴覚は、他の動物系統に広く存在する感覚とは異なります。聴覚が発見されたのは、脊椎動物と一部の節足動物に限られています。そのため、大多数の無脊椎動物は音に敏感ではないと考えられています。」と述べています。

ところが研究者たちは、空気中の音のうち、脊椎動物が感じることのできる範囲よりも広い100ヘルツから5キロヘルツの範囲の音に、虫が反応することを発見しました。

この音域の音を鳴らすと、線虫はすばやく音源から遠ざかり、音を聞くだけでなく、その音がどこから聞こえてくるのかを感じ取っていることがわかりました。

研究者たちは、線虫が空気中の音波に反応しているのであって、線虫が休んでいる表面の振動に反応しているのではないことを確認するために、いくつかの実験を行いました。

Xu氏は、線虫は触覚で振動を感じるのではなく、脊椎動物の内耳にある螺旋状の液体で満たされた空洞である蝸牛のように、体全体で音を感じていると考えています。

線虫には2種類の聴覚ニューロンがあり、線虫の皮膚にしっかりと接続されています。

音波が線虫の皮膚にぶつかると、皮膚が振動し、蝸牛の中で液体が振動するのと同じように、線虫の中の液体が振動することがあります。

この振動は、線虫の皮膚に結合している聴覚ニューロンを活性化し、ニューロンは振動を神経インパルスに変換します。

この2種類のニューロンは、線虫の体の異なる部分に局在しているため、虫はどのニューロンが活性化されたかによって、音源を検知することができます。

この感覚は、捕食者の多くが狩りの際に音を発することから、捕食者を検知して回避するのに役立つかもしれません。

今回の研究により、扁形動物、ミミズ、軟体動物など、線虫のように体が柔らかく、耳のない動物でも音を感じることができる可能性が出てきました。

UM(ミシガン大学)医学部の分子統合生理学教授でもあるXu氏は、「今回の研究は、耳のない生物が音を感じられないと決めつけることはできないことを示しています。」と述べています。

線虫の聴覚は、脊椎動物の聴覚システムに類似していますが、今回の研究では、脊椎動物や節足動物の音の感じ方との重要な違いが明らかになりました。

「分子レベルで存在するこれらの違いから、聴覚はおそらく、異なる動物系統で何度も独立して進化してきたのではないかと考えています。」とXu氏は語ります。

「脊椎動物と節足動物で聴覚が大きく異なることはわかっていましたが、今回、線虫では、この感覚機能のための別の経路を発見し、収斂進化を示しました。これは、ダーウィンが提唱した視覚の進化が、かなり早い時期に、おそらく一度だけ共通の祖先のもとで起こったものであることとは対照的です。」

線虫の主要な感覚がすべて観察された今、Xu氏たちは、これらの感覚を動かしている遺伝的メカニズムや神経生物学をさらに掘り下げていく予定です。

Xu氏は、「今回の発見は、聴覚や機械感覚の研究にまったく新しい分野を開くものです。今回、聴覚が加わったことで、線虫にはすべての一次感覚が存在することが完全に証明され、感覚生物学を研究するための優れたモデルシステムとなりました。」と述べています。

Published by University of Michigan. “The nematode C. elegans senses airborne sound,” Neuron (2021). DOI: 10.1016/j.neuron.2021.08.035
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