「最強生物」クマムシ、衝撃のDNA構成が判明

外来DNAが17.5%、乾燥、低温、放射線など驚異のストレス耐性を強化?

2015.12.02
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クマムシは驚くべき能力の持ち主だ。渇水などの過酷な状況でも生き抜くことができる。(PHOTOGRAPH BY ROBERT PICKETT, VISUALS UNLIMITED/CORBIS)
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 水生の無脊椎動物であるクマムシは地球上で最もたくましい動物と考えられている。緩歩(かんぽ)動物と総称されるこの小さな生物は、凍えるような寒さや長期の渇水、大量の放射線に耐えられるだけではない。知られている限り、真空でも生き延びられる唯一の動物だ。(参考記事:「宇宙生物学とクマムシと私」

 この目に見えないほど小さな怪物の体は何でできているのだろう? クマムシは存在自体が驚きだが、この疑問の答えも衝撃的だ。

さまざまな生物のDNAをミックス

 11月23日付の科学誌「米科学アカデミー紀要(PNAS)」に掲載された論文によると、クマムシには全体の17.5%にも相当する大量の外来DNAが含まれているという。

 研究チームはドゥジャルダンヤマクマムシ(Hypsibius dujardini)という種のゲノム配列を解析した。米ノースカロライナ大学チャペルヒル校の生物学者ボブ・ゴールドスタイン氏いわく、「極めて過酷な環境でも生き抜ける動物の秘密を解明するため」だ。

 ゲノム解析の結果、全く異なる複数の生物界に由来するDNAが含まれることが判明した。その大部分は細菌(16%)のものだが、菌類(0.7%)や植物(0.5%)、古細菌(0.1%)、ウイルス(0.1%)のDNAもあった。

「動物のゲノムにこれほど多くの外来遺伝子が組み込まれているとは全くの予想外でした」とゴールドスタイン氏は述べている。

 クマムシは遺伝子の「水平伝播」によって外来DNAを獲得する。通常は親から子にDNAが受け継がれるが、水平伝播は異なる生物の遺伝物質が直接取り込まれる現象だ。

 ゴールドスタイン氏の同僚にあたるトーマス・ブースビー氏は今回の発見について、「実に特異」なことだと述べている。「遺伝子の水平伝播は人間も含め多くの動物で少しは起きているようですが、クマムシのゲノムで判明した割合(約6分の1)には遠く及びません」

「これからは生命を系統樹ではなく、クモの巣のような形で考えることができるかもれません。例えば今回の場合、細菌の枝から動物の枝に遺伝物質が渡っているのです」

外来DNAをどうやって?

 では、クマムシはどのように外来DNAを獲得しているのだろう? それにはクマムシのある生存能力が関係しているかもしれない。乾燥した環境では自身も水分も乾燥して休眠状態になり、水分を得ると活動を再開する能力だ。(参考記事:「史上最強生物!?クマムシ」「動画:乾燥してから水を得てまた復活するクマムシ」

 細胞が水分を失うと、DNAが断片化する。そして、「細胞が水分を取り戻すと、細部膜は一時的に物質を通しやすい状態になります」とブースビー氏は説明する。

 タンパク質や外来DNAの断片といった大きな分子も通過できるようになり、その後、断片化したDNAが修復される。「損傷したゲノムを修復する際、外来DNAを組み込んでいる可能性があります」

 ドゥジャルダンヤマクマムシを含む一部のクマムシが無性生殖することも1つの要因だ。今回の研究に使われたドゥジャルダンヤマクマムシは「すべて、20年以上前に英国の池で採取した1匹のメスの『娘』にあたります。クマムシは、基本的に自身のクローンをつくって繁殖するのです」とブースビー氏は話す。(参考記事:「女子会好きのヨコヅナクマムシ」

 無性生殖は外来遺伝子を安定させる。父親の遺伝子を受け継ぐことで失われる遺伝子がなく、同じ遺伝子が2組つくられるためだ。

能力の強化に貢献?

 ブースビー氏はさらに、「過酷な環境を生き抜くクマムシの能力の一部は、強化された外来遺伝子によって得たものかもしれません」と述べている。(参考記事:「クマムシvs極限環境微生物」

 例えば、研究に使用したクマムシたちが獲得した遺伝子の中には、ストレス耐性にかかわるものがあった。これが渇水に耐える能力を高めているのかもしれない、とブースビー氏は分析している。

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文= Liz Langley/訳=米井香織

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