市川正敏 理学研究科講師、大村拓也 同博士課程学生、西上幸範 日本学術振興会特別研究員、石川拓司 東北大学教授、野中茂紀 基礎生物学研究所准教授らの研究グループは、繊毛虫テトラヒメナが岩や石などの壁面へと集まってくる仕組みを解明しました。本研究では、テトラヒメナが壁面付近を泳ぐ際の動きを実験で観測し、計測結果を流体シミュレーションで検証しました。その結果、餌を食べるために繊毛虫が壁面へと集まってくる性質が、「推進力を生み出す繊毛の機械的な仕組み（カラクリ）」と「繊毛虫の細胞形状」という単純な2つの要素だけで説明できることを明らかにしました。
本研究成果は、2018年3月12日に米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）オンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
学校の理科の実験で池や川の微生物を顕微镜で観察したことがある人、手を挙げてください。今回扱ったテトラヒメナやゾウリムシは、理科の実験でもよく登场する、繊毛虫という単细胞の微生物です。繊毛虫は细くて短い繊毛という毛を无数にまとい、その毛をオールで漕ぐように振り回して水中を泳ぎます。彼らは、観赏鱼の病気の原因になったり、水域环境の维持に役立っていることが知られています。そんな彼らが起こす问题の解决には、动きや习性といった生态のメカニズムを解明することが决定的に重要です。
今回、饵を食べる际に壁付近を这いながらスライドする动きと、壁から壁へと水中を高速で游泳する仕组みの2つが、繊毛のストール力の设定（どのくらいの外力で繊毛の动きが止まるか）と繊毛虫の细胞形状の2点だけで両立され、自动的に切り替わっていることが明らかになりました。今后は、壁付近を好むこの性质が、繊毛虫の生态にどこまで関与しているのかを具体的に调べていきたいと考えています。
概要
テトラヒメナやゾウリムシなどに代表される繊毛虫は池や湖などの広い空间を游泳している印象が强いですが、実は野外では池の底や石、叶っぱの表面などの固体と液体の境界である壁面付近に多く分布していることが経験的に知られています。この壁面付近は、饵となる有机物が堆积し、周りの流れも弱くなるため环境の変化が少ない、繊毛虫にとっては生きやすい环境であると言えます。しかしながら、游泳しているはずの繊毛虫テトラヒメナがどのようにして壁面を検知してその付近に集まるのか、といったメカニズムは解明されていませんでした。
本研究グループは、繊毛虫テトラヒメナが壁面付近を泳ぐ际の动きを実験で観测し、计测结果を流体シミュレーションで検証しました。その结果、繊毛虫が壁面にとどまり続ける性质が「推进力を生み出す繊毛の机械的な刺激応答特性」と「繊毛虫の细胞形状」という単纯な2つの要素だけで説明できることを明らかにしました。それにより、饵を食べる际の壁を这う运动と、饵场を探して壁から壁へと水中を高速で泳ぐ2つの运动とが、テトラヒメナ自身も特に意识することなく自动的にスイッチする形で両立されていることが分かりました。
本研究によって、复雑にも见える繊毛虫テトラヒメナの行动选択が、カラクリ细工のような非常に简単な原理で実装されていることが初めて明らかになりました。このような行动选択の机构解明は、微生物の大量生产などの工业的课题や、微生物が引き起こす病気などの问题解决に重要な知见となります。また、近年の研究で繊毛虫を含む原生生物の行动が积もり积もって地球环境に大きく影响していることが认识され始めています。将来的には本研究の知见が地球环境のシミュレーターなどに用いられ、地球环境を考える一助になることも期待されます。
図：ガラス面上をスライド运动するテトラヒメナ（上）とその镜像（下）
详しい研究内容について
书誌情报
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Takuya Ohmura, Yukinori Nishigami, Atsushi Taniguchi, Shigenori Nonaka, Junichi Manabe, Takuji Ishikawa and Masatoshi Ichikawa (2018). Simple mechanosense and response of cilia motion reveal the intrinsic habits of ciliates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 115(13), 3231-3236.
