多くの生物にとって、手足を捕食動物の口に挟まれることは、通常、死を意味します。しかし、ヒトデは違います。ヒトデは手足を切り離し、捕食動物が這って逃げる間に噛めるものを残します。しかし、ヒトデはどうやってこれをやり遂げるのでしょうか?
ヒトデやその他いくつかの動物（トカゲやサンショウウオを含む）は、自律性（攻撃を受けたときに手足を切り落とす）を持っています。ヒトデのこの現象の背景にある生物学的な仕組みは、これまでほとんどわかっていませんでした。ロンドン大学クイーン・メアリー校の動物生理学および神経科学教授モーリス・エルフィック氏が率いる国際研究チームは、ヒトデが放出する神経ホルモンが、捕食動物の顎に捕らえられる手足を切り落とす主な原因であることを発見しました。
では、この神経ホルモン（具体的には神経ペプチド）はどのようにしてヒトデを逃がすのでしょうか？ヒトデが捕食動物の攻撃によるストレスを受けると、このホルモンが分泌され、動物の腕の付け根の筋肉を刺激して、腕が折れるようになります。
研究者らは、この神経ペプチドが「ヒトデの自切促進因子として作用し、動物の自切の調節因子として特定された初の神経ペプチドである」ことを確認したと、最近Current Biology誌に発表された研究で述べている。
持ちこたえる
エルフィックのチームは、ArSK/CCK1として知られる神経ペプチドがヨーロッパヒトデの自律性を促進する仕組みを研究した。 アステリアス ルーベンスArSK/CCK1は摂食行動を阻害することがすでに知られている。 A.ルーベンス 胃を収縮させることによって、筋肉の収縮は四肢喪失に関与している。研究者らは、収縮を誘発する能力は摂食だけにとどまらないことを発見した。
ヒトデは、捕食動物の顎が片方の腕を噛み締める状況をシミュレートする実験を受けました。クランプは、片方の腕の 3 つのセクションのうちの 1 つ、つまり端、中間、または基部の自切が起こることが知られている部位 (自切面とも呼ばれます) に設置されました。次に、ヒトデはこれらのクランプによって海水の入ったガラスのボウルの上に吊り下げられました。実験の前半では、ヒトデは自然に反応するままに放置されましたが、後半では、ヒトデに ArSK/CCK1 が注入されました。
注射をしない場合、自切は主に、自切面の最も近い位置で腕を挟まれた動物で見られました。腕の中央または端を挟まれた場合、ヒトデからの反応はそれほど大きくありませんでした。
実験の後半では、以前に使用したクランプ法と ArSK/CCK1 の注入が組み合わされました。比較のため、一部の動物には関連神経ペプチド ArSK/CCK2 が注入されました。腕の中央または自切面に近い位置でクランプされた ArSK/CCK1 を注入された動物の 85% が驚くべきことに自律性を示し、一部の動物では追加の腕が自切されました。これは、ArSK/CCK2 を注入された動物の約 27% にのみ発生しました。
手放す
ArSK/CCK1 は自切の最も効果的な化学的トリガーであることが証明されましたが、自切面におけるその活性はヒトデの解剖学的構造の特定の側面に依存します。
すべての棘皮動物と同様に、ヒトデには小さな骨、つまり耳小骨でできた内骨格があり、筋肉とコラーゲン繊維でつながっています。この骨格によって、ヒトデは姿勢を変えたり動いたりすることができます。自切面にのみ見られる 2 つの独特な特徴により、この構造は壊れます。自切面の皮膚の下には、コラーゲン繊維の束が離れている領域があり、壊れやすくなっています。2 つ目の特徴は、コラーゲン繊維の束の領域に近い筋肉の帯です。止血帯筋として知られるこの筋肉は、危険にさらされた腕が落ちないように締め付ける役割を果たします。
自切中のヒトデの腕の組織を分析することで、科学者たちはこのプロセスについて新たな視点を得ることができました。ヒトデの腕が捕食者に捕らえられた直後、ArSK/CCK1 は止血筋の神経に、自律面のすぐ近くの領域を締め付けるように指示します。この動作が起こっている間、その領域の体壁のコラーゲンが軟化して破断し、耳小骨をまとめている筋肉と靭帯も軟化して破断します。現在では、ArSK/CCK1 は、破断に備えるこの組織の軟化にも関与していると考えられています。
ヒトデが四肢を自切した後、その四肢は最終的に再生する。自切を有利に利用できる他の動物でも同じことが起こる（トカゲも尻尾が再生する）。将来、一部の動物が再生能力を持つ理由を解明することで、人間が再生能力を進化させなかった理由や、祖先の一部が再生能力を失った理由がわかるかもしれない。エルフィック氏は、ArSK/CCK1 と連携して働く未確認の因子がまだあるかもしれないと認めたが、さらなる洞察によって、このプロセスについてより明確な理解が得られる日が来るかもしれない。
「自切はいくつかの動物分類群で進化してきた生存のための重要な適応である」と研究チームは同じ研究で述べている。「そして、この研究の発見は、この驚くべき生物学的プロセスを制御する神経メカニズムへの重要な洞察を提供する」
カレントバイオロジー、2024年。DOI: 10.1016/j.cub.2024.08.003