カクレクマノミはどこで体に白い縞を付けますか？

地球上の生物の視覚的な多様性は、美しさへの渇望や違いへの欲求によるものではなく、生息地、習慣、さらには美食の好みによるものです。カモフラージュの色と異常な体型のために、誰かが気づかれずに環境と融合することを好みます。それどころか、誰かがその外見をもって、あえて近づこうとする人に、彼らの有毒さについて話します。そして、誰かがパートナーの前で自慢して、競争相手を泥に踏みにじるのが大好きです。どんな視覚的特徴にも何らかの機能があります。たとえば、Amphiprionpercula種のカクレクマノミの色 漫画「ファインディング・ニモ」のおかげで世界的に有名になった、は彼らの縄張りに関連しています。そこで、沖縄科学技術大学院大学（日本）の科学者たちは、カクレクマノミがトレードマークの白い縞模様を体にどのように、どこで付けるかを調べることにしました。カクレクマノミが縞模様を示すとき、これにはどのようなメカニズムが関与しており、イソギンチャクはそれと何の関係がありますか？これらの質問に対する答えは、科学者のレポートにあります。行く。

研究の基礎

カクレクマノミは、インド洋と太平洋のサンゴ礁に生息する約30種の、ポマセントラル科の海産条鰭綱です。





カクレクマノミは、その暑い気性にもかかわらず、チームワークに異質ではありません。



これらの魚の最も有名な特徴の1つは、アネモネ（アネモネ）との共生関係です。これは、サンゴのポリープから逃げる順序の生物です。それらは、固い海の土に足が付いているかどうかにかかわらず、触手の束（クトゥルフが承認）のように見えます。アネモネは座りがちな生活を送り、愚かさや状況の偶然のために触手に落ちるものを食べます。ただし、イソギンチャクは刺胞（刺胞）の助けを借りて獲物を殺す（または麻痺させる）ため、鋭い攻撃やその他の攻撃を確認することはできません。麻痺した（せいぜい、すでに死んでいる）犠牲者は、触手によってアネモネの口に移されます。



しかし、カクレクマノミはイソギンチャクを見て、危険ではなく、自由な住居を見ています。イソギンチャクの触手は粘液で覆われており、イソギンチャクを刺すような細胞の作用から保護しています。カクレクマノミもこの粘液で覆われているため、致命的な刺胞の影響を受けません。魚はイソギンチャクを家として、さらには食料源としても使用します（イソギンチャクの残り物、触手から落ちたもの、分泌物）。その見返りに、彼らはイソギンチャクの残骸、消化されていない食物をきれいにし、その触手を通して水を追い出し、「換気」を提供します。







カクレクマノミの多くの種はイソギンチャクに非常に嫉妬し、「疑わしい」と思う距離に近づいた人を追い払います。言い換えれば、それらの面白い名前にもかかわらず、これらの魚はLicedeaテトラからの親切なピエロのように振る舞うのではなく、ペニーワイズのように振る舞います。



多くの科学者は、カクレクマノミの色とその縄張りを関連付けています。しかし、これまでそのような色がどのように形成されるかは知られていませんでした。特に、科学者たちは常に大人の体にある3本の白い縞模様に戸惑っていますが、若者はそうではありません。これは、彼らの生涯の間に魚が何らかの変態を経験することを示しています。どれを見つけるかはまだ残っています。



科学者たちは、生物学の主な仕事は種分化を理解することであると述べています。しかし、これは種間の違いを理解することだけでなく（誇張された言葉で）、生理学的であろうと行動的であろうと、1つの種内で違いを引き起こす原因とメカニズムを理解することにもなります。



単一の種内の多様性は、個々の集団間の表現型の変化として表すことができます。しかし、別の集団内であっても、環境、行動特性、または発達条件の影響によって引き起こされる違いがあるかもしれません。



場合によっては、表現型の変動性は、適応発達の可塑性を反映している可能性があります。環境条件に正確に適応する表現型を作成するために、生物の発達軌道を変更する能力。そのような可塑性の例は、同じ種の動物のさまざまな色です。



言い換えれば、それは非常に単純に見えますが、実際、そのような塑性変化は、生理学的、細胞的、および分子レベルでの複雑な変化に関連しています。科学者たちは、可塑性は科学に知られていますが、その根底にあるメカニズムは実際には研究されていないことを正直に認めています。



この点で、いくつかの生物の発達中に発生する別の重要で異常なプロセスである変態に注目する価値があります。このプロセスは、個々の発達の過程で体（またはその一部）の構造の深刻な変化によるものです。変態は甲状腺ホルモン（甲状腺ホルモンからのTH）によって調節され ます）。その結果、これらのホルモンによって引き起こされる変態中のTHの変化は、体の変換のそのような複雑なプロセスのプロセスと結果の両方に影響を与える可能性があります。 THはまた、幼虫から成虫への色素沈着の移行において重要な役割を果たします。たとえば、ゼブラフィッシュ（ Daniorerio）では、THは特定の色素細胞、黒いメラノフォア、黄色のキサントフォアの成熟を促進します。





ダニオ・レリオは女性用ストッキングとも呼ばれます（魚類学者にはユーモアのセンスがないと言っていました）。



したがって、カクレクマノミでも同様のパターンが見られる可能性が高い。私たちが今日検討している研究では、科学者はTHとカクレクマノミの色の変態との関係をテストすることを決定し、このプロセスに対する生息地（2種類のイソギンチャク）の潜在的な影響も検討しました。



この研究は、熱帯インド太平洋地域でイソギンチャクと共生している、密接に関連する種であるAmphiprionocellarisと Amphiprionperculaに焦点を当ててい ます。科学者たちは、若いA. perculaが、住んでいるイソギンチャクの種に応じて、白い縞模様の形成率が異なることを発見しました 。Stichodactylagigantea種のイソギンチャクでは イソギンチャクHeteractismagnificaでは、縞模様が速く、遅く見えます 。その結果、縞模様の形成（すなわち、特定の変成変化）は、内部要因（甲状腺ホルモン）だけでなく、外部要因（生息地）によっても影響を受けます。

研究成果

胚発生後の発達の間に、クマノミの個体は 徐々に頭、体幹、および尾柄に縞模様を獲得します。 Kimbe湾、パプアニューギニアでは、 A.のperculaはイソギンチャクの2つの異なる種で発見された： S.ギガンテアと H.のマニフィカが、そこに住む魚は同じ集団に属しています。





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しかし、若いpercula A.イソギンチャクに住むS.ギガンテアは、より多くの白のストライプ持つ若い percula A.海に住む クマノミの H.のマニフィカを。イソギンチャクの148個体（200〜250日齢）の33％ S.のGIGANTEAはで同じ年齢の118人の5％のみが、3本の白いストライプを持っていた H.のマニフィカは、 3つのストライプ（HAD 1A及び 1Bを）。



観察によれば、イソギンチャクの種（つまり生息地）は、若いA.perculaの白い縞模様の形成のタイミングに影響を与え ます。重回帰分析は、このステートメントの正しさをチェックするのに役立ちました。これにより、1つの変数の2つ以上の独立変数への依存関係を確立できます。予想通り、分析はに住んでいる少年確認 S.ギガンテアは常にイソギンチャクからの個人よりも多くのストライプを持っていた H.のマニフィカ（ 1Cおよび 1D）。





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縞模様の形成は、特に変態を伴う、胚発生後の発達の過程に直接関係しています。したがって、このプロセスの段階を追跡することにより、バンドと甲状腺ホルモン（TH）のレベルとの間の関係を確立することが可能です。



ビューA.ocellarisは、ステップ№5（孵化後約9日）の前の時間の発達における色素沈着の2つのスキームを示しています 。幼虫は、筋節を覆う2つの水平縞を形成する星のメラノフォアのセットを備えた黄色の カントフォリー*を持ってい ます2Aの矢印 - 図2D）。

色素胞* -色素を含む細胞または光を反射する細胞



。色に応じてサブクラスに分類され ます。キサントフォア-黄色。

erythrophors-赤;

ロイコフォア-白;

メラノフォア-黒/茶色;

シアノフォア-青;

iridophores-銀色。

みおとめ*は脊索動物の胚の骨格筋の対の原始です。

第5段階から、幼虫は3つの白い縦縞（2E - 2Gの白い矢印）、将来の白い縞の外側のオレンジ色のキサントフォア（2Eのオレンジ色の矢印）、および体全体に分布するメラノフォア（2Eと 2Fの黒い矢印）を獲得 します。 。これらのメラノフォアは体全体に存在し、白い縞模様（2Fと 2G）の境界でより高い密度を持ってい ます。



第4段階で発生する個人の体のパターンの変化をよりよく理解するために、胚発生後の段階で色素沈着遺伝子の発現を評価する必要がありました。このため、トランスクリプトーム解析のために、発育の各段階で幼虫からRNAを抽出しました。色素沈着遺伝子（2H）、特に虹彩遺伝子は白い縞の形成に関与しているため、それらの研究に主な重点が置かれました 。



これは、段階1-3段階から著しく異なっていることがわかった4-7主成分2（PC2、 2Hおよび 2I）。

(PCA principal component analysis) — , .

PC2に関連する遺伝子の中で、fhl2b、pnp4a、およびprkacaa遺伝子は、ステージ1〜3と比較してステージ5〜7でより顕著でした。一方、gbx2、trim33、gmps、およびoca2遺伝子は、ステージ5〜7（2J）と比較してステージ1〜3でより顕著でした 。



また、分析中、色素細胞の特定、キサントフォアの発達、キサントフォアのプテリジン色素の合成、メラノフォアの発達、メラノソームの調節およびメラノソームの生合成など、すべての機能カテゴリーで段階の明確な分割が観察されました。



これらの観察結果は、第4段階で、3種類すべての色素細胞が関与する発色に重要な変化があることを示唆しています。



多くの硬骨魚の色素沈着パターンを制御する甲状腺ホルモン（TH）が変態の過程で重要な役割を果たすことを考えると、THがカクレクマノミの変態中の白縞形成のタイミングを調節することは論理的です。



この仮説をテストするために、試験は（10発達の第3段階の幼虫は、様々な濃度に曝露された中で行った ^-6、10 ^-7、10 ^-8活性甲状腺ホルモンT3のM）。 T3による治療の3日後、被験者は対照群の個人よりも早い白い縞模様の出現を示しました。





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この加速効果は、T3に用量依存的でした。 3日後、次の割合の実験対象に2つのバンドが現れました。0％-対照群。 50％-10 ^-8 MT3で; 78％-10 ^-7 Mおよび73％-10 ^-6 M（ 3A - 3E）。



次に、同様のテストを実行しましたが、MPI（メチマゾール、過塩素酸カリウム、およびイオパン酸）の混合物によるTHのブロッキングを使用しました。発育の第3段階の処理された幼虫は、対照群（3Hの試験群および3Gの対照 群）と比較して、白い縞の形成に9日間の遅延を示しました。 ）。対照群の個体の約75％は頭と体に縞模様があり、試験群の個体の15％だけが縞模様があり、残りは色素沈着なしで残っていました（ 3F）。試験群の魚の白い縞模様は、THブロッキングにもかかわらず、25日後にのみ形成されました（ 3I）。



THによる操作も色素細胞に影響を及ぼしました。メラノフォアの数は、10-6 M T3（3J）の適用後48時間以内に大幅に増加しました 。一方、THをMPIでブロックすると、治療後48時間および72時間でメラノフォアの数がほとんど感知できないほど減少しました（ 3J）。



まとめると、これらのテストの結果は、THがホワイトストリーク形成のタイミングを制御し、色素細胞（色素胞およびメラノフォア）にも影響を与えることを示唆しています。



THがどのようにイリドフォアに影響を与えるかをより正確に決定するために、外因性THで幼虫を処理した後のイリドフォア遺伝子（fhl2a、fhl2b、apoda.1、saiyan、およびgpnmb）の発現を分析しました。



発育の第3段階の幼虫は、さまざまな濃度（10-6、10-7、および10-8 M）のT3で12、24、48、および72時間処理されました。研究された遺伝子の発現は、幼虫全体から単離されたRNAのナノストリングを使用して制御されました。



T3による治療後、これらの遺伝子の転写産物は、対照群（T3治療なし）よりもはるかに多く検出されました。場合によっては（apod1aおよびgpnmb）、この効果は12時間後に現れ、他の場合（fhl2a、fhl2bおよびsaiyan）では24または48時間後にのみ現れました。したがって、THはカクレクマノミの色素胞で発現する遺伝子の発現に影響を及ぼします。



次に、科学者たちは、THが虹彩の分化を促進するかどうかをテストすることを決定しました。このため、発育の第3段階の幼虫をT3（用量10 ^-6 M）で長期間処理しました。これは、カクレクマノミの頭と体に縞模様ができ始めた第6段階の稚魚の比較でした。



不思議なことに、対照群とは対照的に、試験群（T3治療）の若者は完全にバンドを形成しませんでした。テストグループからの個人の詳細な検査は、側面に多数の異所性色素胞を明らかにしました。これらの魚はまた、あまり鮮やかなオレンジ色を持っていませんでした。



MPIで処理すると、通常のストライプが発生しました。しかし、イリドフォアまたはイリドフォア内の結晶性グアニン沈着物の欠如のために、色はより鈍く、通常、縞の白色（または虹色）の原因である（ 3I）。



これらの結果は、外因性THがオレンジ色の減少と白い縞の形成の欠陥につながることを示唆しています。





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ただし、TH処理はストリークプロセスを加速しました。リコールの魚というのA. perculaの種 イソギンチャクに住む S.ギガンテア速く別の種のイソギンチャクに住む彼らの対応よりも白のストライプの形。したがって、縞模様の形成、TH、生息地の間には何らかの関係があるはずです。



これを確認するために、科学者はS. gigantea（n = 6）と H. magnifica（n = 6）に住む12〜27 mmのサイズ（1つの白い縞が形成されているかすでに形成されている）の12個体を選択しました 。次に、科学者は各個人のTHレベルを測定しました。



比較は、T3濃度がからの若い動物で有意に高かったことを示しました S.ギガンテア対H.マグニフィカのもの （ 4A）。次に、H。マグニフィカ（n = 3）と S.ギガンテア（n = 3）の若い動物の遺伝子発現を比較しました 。



19063個の遺伝子の分析された、わずか21は、はるかに多くの個体において発現させた S.のGIGANTEA 15は、かなり多くの個体において発現させつつ、 H.のマニフィカ（ 図4B）。



差次的に発現する遺伝子の中で、TH産生に関与する二重オキシダーゼをコードするduox遺伝子が見出された。この遺伝子は、H 。マグニフィカと比較して S.ギガンテアで過剰発現していた 。その結果、白色ストライプ形成の速度 A.のperculaは順に、差動duox発現と関連している、差分T3レベルに関連付けられています。 最終段階で、科学者たちは虹彩パターンを形成するためにデュオックスが必要かどうかをチェックしました。このテストでは、ゼブラフィッシュを使用しました。ゼブラフィッシュでは、イリドフォアの成熟はTHに依存します。







対照群の幼虫では、密に詰まったイリドフォアが1つの広い中間列を形成し、次に2番目の中間列が腹側に形成され始めました。デュオックス欠損幼虫では、1つの広い中間ゾーン（4C）のみが発生しました 。



その結果、対照群の魚のほとんどは2つの完全な中間列を発達させましたが、デュオックス欠損魚では1つだけ（ 4Dと 4E）でした。これは、おそらくTHを介して作用するデュオックスが、虹彩胞のバンド間領域の出現のタイミングと、ゼブラフィッシュのバンド間のパターンの形成に寄与することを示唆しています。



研究のニュアンスについてのより詳細な知識については、科学者のレポートとそれに 追加された資料を調べることをお勧めします 。

エピローグ

この作品では、科学者たちはカクレクマノミの体の白い縞模様の秘密を明らかにすることにしました。この単純な色（特に他の魚と比較して）は、いくつかの重要な要因の共同作業の結果であることが判明しました：遺伝子、ホルモン、さらにはカクレクマノミが生息するイソギンチャク。



最も珍しい観察は、同じ個体群からの、しかし2つの異なる種のイソギンチャクに住んでいる魚が、それらの色を（時間の観点から）異なって形成するということでした。これらの魚の遺伝子の比較は、36個の遺伝子だけが異なることを示しました。その中で、科学者たちは、ダブルオキシダーゼの形成に関与する同名のタンパク質をコードするduox遺伝子を単離しました。この遺伝子は、甲状腺ホルモン（TH）の生成に重要な役割を果たし、甲状腺ホルモン（TH）は、カクレクマノミの体に色素パターンが形成される速度に影響を与えます。



しかし、なぜあるイソギンチャクの魚が他の魚よりも速く「色」を付けるのでしょうか。科学者はまだ正確な答えを出す準備ができていませんが、彼らには理論があります。体の筋がより速く形成されるアクチニアは、おそらくより毒性があります。したがって、甲状腺ホルモンレベルはこの毒性に反応して上昇します。



科学者自身は、同じ集団の個体におけるストリップ形成率の違いは、魚がアネモネとの効果的な共存を高めるために使用するさまざまな適応戦術の多くの兆候の1つにすぎないと考えています。将来的には、異なるイソギンチャクに生息する魚のさらに徹底的な比較分析を実施して、さらなる違いを特定する予定です。



自然は単純で単純なようです。木が成長している、鳥が歌っている、蜂が鳴っているなどです。しかし、よく調べてみると、最小の昆虫や最も普及している植物でさえ、その生活の中でいくつの複雑なプロセスが発生しているかに気づき始めます。生物が持つすべての特性、特性、品質は、長く細心の注意を払った進化の結果であり、その主な目標は生存です。そして、生物が絶えず変化する世界で生き残りたいのであれば、最も原始的なものから最も複雑なものまで、適応力のある才能の武器全体を使用する必要があります。



ご清聴ありがとうございました。好奇心を持ち、素晴らしい週末をお過ごしください。:)

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