LUCA

 

はるかむかし地球上のあらゆる生物の共通の祖先がいた。

まだ見ぬその姿は細菌のようだったのだろうか?

ダーウィンが夢見た、共通祖先から連なる全生物の進化の系統樹が、

生物のもつDNA情報にもとづいて、いまその姿を現しつつある。

進化生物学者である著者が撮影した貴重な写真コレクションを用いて、

動物界、なかでも昆虫綱、哺乳綱、鳥綱の驚きの進化を100点超の系統樹で表現する。



著者プロフィール
長谷川政美(はせがわ まさみ)

1944年生まれ。進化生物学者。統計数理研究所名誉教授。総合研究大学院大学名誉教授。理学博士(東京大学)。著書に『分子系統学』(岸野洋久氏との共著)『DNAに刻まれたヒトの歴史』(共に岩波書店)、『系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史』(ベレ出版)、『世界でいちばん美しい進化の教室』(監修、三才ブックス)、『共生微生物からみた新しい進化学』(海鳴社)、『進化38億年の偶然と必然』(国書刊行会)など多数。最新刊は『ウイルスとは何か』(仮題、中公新書、2023年1月刊行予定)。進化に関する論文多数。1993年に日本科学読物賞、1999年に日本遺伝学会木原賞、2005年に日本進化学会賞・木村資生記念学術賞など受賞歴多数。全編監修を務める「系統樹マンダラ」シリーズ・ポスターの制作チームが2020年度日本進化学会・教育啓発賞、2021年度日本動物学会・動物学教育賞を受賞。

 

すべての生き物をめぐる
100の系統樹


第8話

アメーボゾア界の系統樹マンダラ

文と写真 長谷川政美

図8M.アメーボゾア界の系統樹マンダラ。文献(1)の図17-7を改変。系統樹は文献(2, 3)による。これは子実体の写真を用いて描いた。同じ種の写真で左右に並んだものは、それぞれ左は未熟子実体で水分の多いものであり、右は乾燥が進んで成熟した子実体である。画像をクリックすると拡大表示されます。

アメーボゾア界には、いわゆる「アメーバ」と呼ばれる単細胞原生生物や変形菌が含まれる。変形菌も一生のあいだに「粘菌アメーバ」と呼ばれる時期がある。図8Mは主に変形菌について子実体の写真を用いて描かれた系統樹マンダラである。
前回は菌類が分解者として生態系で重要な役割を果たしていることを見た。今回の主役は分解者である菌類や細菌を食べる変形菌である。分解者を食べることには、生態系全体にとってどのような影響があるのだろうか。
倒木や堆積した落ち葉などは、トビムシ(下の写真)やダンゴムシなどの小動物にすみかを提供する。物質が循環することは重要であるが、それがあまり速く進むとこのような小動物の生活の場が失われてしまう。さらに地面の保水効果も弱まって乾燥化が進んでしまう。
変形菌には菌類や細菌など分解者を食べることによって、落ち葉や朽木の分解速度を抑制している面もあるのだ。変形菌自身、落ち葉や朽木の上を生活の場としている。

倒木の上で食べ物を探すアヤトビムシの一種(Entomobryidae)。その右下の黄色いものは、チョウチンホコリ(モジホコリ目)と思われる変形菌の変形体。チョウチンホコリは変形菌のご研究で有名な昭和天皇が国内では最初に発見されたものである。

変形菌を見つけるには日本では梅雨時に森の中を歩くのがよい。変形体や子実体は目立つものが多いので、比較的簡単に見つけられる。しかし、それらの美しさを楽しむには、拡大して見るためのルーペなどを持参するのが望ましい。

◎変形菌の一生

変形菌の子実体は乾燥することによって成熟し、胞子が風の力で飛散できるようになる。図8Mではクダホコリ、マメホコリ、マツノスミホコリの未熟な子実体と成熟した子実体を並べて示したが、左側の赤くて美しかった未熟な子実体が、一日くらいで乾燥して、右側の黒ずんだ成熟子実体に変身する。アオモジホコリの子実体も最初はみずみずしい緑色だったものが、右上の小さな写真で示したように、乾燥して成熟すると黄色っぽくなる。
下の図は変形菌の一生つまり生活環を示す。胞子が発芽すると、およそ10マイクロメートル(0.01mm)の単細胞のアメーバ(粘菌アメーバ)が生まれる。このアメーバは自分よりも小さな細菌を食べて成長する。
アメーバにはオス・メスがあり、異性が出会うと接合して染色体数2nの変形体になる。変形体の細胞核は分裂して増えるが、細胞はたくさんの核をもったまま分裂せずに大きくなる。
ここで示したアオモジホコリの変形体は数十cmの広がりをもつが、これ全体が一つの細胞なのだ。次第に大きな変形体になると、キノコなども食べて成長する(その次の写真)。

変形菌の一生(生活環)。文献(4)より。子実体の一番右と真ん中の写真は、それぞれクダホコリとマメホコリだが、このように真っ赤な未熟子実体が翌日には上の写真のように真っ黒や褐色になる。未熟な子実体が成熟する過程で減数分裂が起り、染色体数nの胞子が作られる。

イタモジホコリ(Physarum rigidum;モジホコリ目)と思われる変形体がキノコを覆っている様子。子実体ができ始めているので、実際にキノコを食べているかどうかは不明である。成長している変形体はたいてい倒木の裏側などにいて目立たない。この場合、キノコを覆っているのは、単に子実体を作る場所を求めてキノコに登っただけなのかもしれない。

変形体はかたちを変えながら動物のように動き回り、餌となる細菌や菌類を探す。変形体は進行方向に扇のように広がった網目構造である。一方、前回紹介した菌類の菌糸は、枝分かれを繰り返し、交差することのない構造になっている。
変形体は触るとネバネバするため、変形菌は粘菌と呼ばれることもある。このネバネバは変形体の細胞膜を覆うポリガラクトースを含む粘液物質であり、細胞が乾燥するのを防いでいる(5)。
粘菌アメーバや変形体の時期はジメジメしたところにいるが、変形体は開けて乾燥した場所に移動する。倒木の裏側にいた変形体は表側に出てくる。次の段階で子実体になって胞子を作るが、変形菌の胞子は風によって散布されるから、胞子は乾燥していなければならないからである。
最初は水分をたくさん含んでみずみずしい子実体が作られるが、それが乾燥することによって成熟した子実体になる。この過程で減数分裂が起り、染色体数nの胞子が作られるのだ。

木の切り株上に出てきたアオモジホコリの変形体から子実体が生まれるまでの様子。文献(4)より。それぞれの拡大写真も示した。

上の図で、変形体から子実体が生まれるまでの様子をあらためて説明する。左上の写真は木の切り株上に出てきたアオモジホコリ(モジホコリ目)の変形体であるが、その左下に示した3時間後の写真ではだいぶかたちを変えて移動しているのが分かる。それが翌朝には変形体がすっかり消えてみずみずしい未熟子実体になっていた(右下)。さらにその1日後には、右上の写真のように乾燥した成熟子実体になっていた。風によって胞子を飛ばして子孫を広げるためには、胞子を乾燥させることが重要である。
変形体は移動するが、そのような運動は細胞のなかの原形質流動によって引き起こされる。この流動の原動力は、動物の筋肉と同じようなアクチンとミオシンの相互作用によっている。また、細菌や菌類を食べる際には、食べ物を食胞で包み込んで細胞内に取り込んで消化する。変形体は細胞壁をもたないので、細胞のかたちを自由に変えられるのである。
一方、菌類は細胞壁をもつために食べ物をそのままでは細胞内に取り込むことはできず、第7話で紹介したように菌糸から消化酵素を体外に分泌し、分解された養分を吸収する。
変形体を2つに切ると、それぞれが独立の個体として成長する。これは扁形動物のプラナリアと同じであるが、違っている面もある。切断された2つの変形体が出会うと、融合して一つの個体に戻るのだ。プラナリアではそのようなことはない。

◎変形菌の特異性

日本で見られる変形菌はおよそ500種だが、世界中ではおよそ1000種が知られている。世界中の種のおよそ半分が日本で見られるということは、高温多湿の日本の気候が関係しているが、変形菌の胞子が小さく、世界中に散布されやすいことも関係している。同じ緯度で似たような環境であれば、世界中で同じ種が見られる (5)。上空に舞い上がった小さな胞子は、赤道付近の貿易風や中緯度の偏西風に乗って緯度に沿って地球規模で散布されているのだ。
アメーバ状の粘菌アメーバが、動物のようにかたちを変えながら動き回る大きな変形体になり、それが最後には子実体に変身するという変形菌は、多くの研究者の興味を惹きつけてきた。昭和天皇と南方熊楠も、このような変幻自在な変形菌の魅力に惹かれた研究者であった(4)。
つづく

【引用文献】
1. 長谷川政美(2022)Web科学バー『進化の目で見る生き物たち』第17話
2. Fiore-Donno, A.M., Clissmann, F., Meyer, M., et al. (2013) Two-gene phylogeny of bright-spored Myxomycetes (slime moulds, superorder Lucisporidia). PLoS One 8, e62586.
3. Leontyev, D.M., Schnittler, M., Stephenson, S.L., et al. (2019) Towards a phylogenetic classification of the Myxomycetes. Phytotaxa 399 (3), 209–238.
4. 長谷川政美(2020)『進化38億年の偶然と必然』国書刊行会.
5. 萩原博光、山本幸徳、伊沢正名(1995)『日本変形菌類図鑑』平凡社.



*もっと「進化」について知りたい人の入門書
長谷川政美監修・畠山泰英構成世界でいちばん素敵な進化の教室 (三才ブックス)。 本書は美しい写真とQ&A形式の簡潔な文章で、38億年におよぶヒトを含む生き物の進化を解説した超入門ビュアルブックです。子供から大人まで気軽に楽しんでいただけます。
4刷(2022年10月)。

*もっと「進化」を詳しく知りたい人に
最適の本

☆はじめの一冊にオススメ!
長谷川政美監修・畠山泰英構成世界でいちばん素敵な進化の教室 (三才ブックス)。 本書は美しい写真とQ&A形式の簡潔な文章で、38億年におよぶヒトを含む生き物の進化を解説した超入門ビュアルブックです。子供から大人まで気軽に楽しんでいただけます。
4刷(2022年10月)。


☆もっと知りたいならコレ!
長谷川政美著系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史 (BERET SCIENCE) (ベレ出版)。 本書は当サイトで連載していた「僕たちの祖先をめぐる15億年の旅」を加筆修正および系統樹図を全て作り直して一冊にまとめたものです。カラー図版600点掲載。扉絵は小田隆さんによる描き下ろし。
※紙の書籍は品切れ。電子書籍のみ販売中。

ブックデザイン:坂野 徹
編集:畠山泰英(科学バー/キウイラボ)


☆じっくり読みたいならこちら!
長谷川政美著進化38億年の偶然と必然: 生命の多様性はどのようにして生まれたか (国書刊行会)。 本書は当サイトの好評連載「進化の歴史」を大幅に加筆修正および図版を刷新。進化にまつわる重要かつ最新トピックスを余すところなく一冊にまとめたもの。
※電子書籍あり。

ブックデザイン:垣本正哉・堂島徹(D_CODE)
編集:畠山泰英(科学バー/キウイラボ)





<バックナンバー>
第1話「全生物界の系統樹マンダラ」
第2話「動物界の系統樹マンダラ」
第3話「植物界の系統樹マンダラ」
第4話「単子葉植物の系統樹マンダラ」
第5話「真正双子葉植物の系統樹マンダラ」
第6話「続真正双子葉植物の系統樹マンダラ」
第7話「菌界の系統樹マンダラ」