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化学者のつぶやき

ちっちゃい異性を好む不思議な生物の愛を仲立ちするフェロモン

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幼稚園児小学生中学生と、わたしたち人間は年齢を重ねるほどに、からだが大きくなっていきます。単純にサイズが大きくなるだけではなく、からだつきもまた、男らしくあるいは女らしく発達していきます。

一方、年齢を重ねるほどにからだが小さくなるというと、わたしたちヒトではフィクションの世界です。でもね、地球上には、例外がいるのです。成長のたびにひとまわり小さくなることが、オトナの階段を登ること。直接的表現で言えば、有性生殖が可能になるということ。そういう生き物が実在するのです。

今まで生活環の調節機構がよく分かっていなかったのですが、秘められた生態の鍵を握る性フェロモンが、最近[2]になって単離され、化学構造が解明されました。今回の記事の主役、異性は小さくないと愛せない、河川・湖沼・海洋など水圏にただよう生き物の正体、見たり!

ヒトのフェロモンを期待していた方、すみません。過去記事をどうぞ(ケムステ記事『今度こそ目指せ!フェロモンでリア充生活』)。

 

年齢を重ねるほど小さくなる「生けるロリババア」は水の中にいた!これぞホントの合法ロリ?

年齢を重ねるたびに小さくなる生き物。その正体は植物プランクトン、ケイ藻のなかまです。

ケイ藻は、ケイ酸でできた殻を持った単細胞生物です。理科室でおなじみシャーレのように、二枚の殻が向かい合わさっています。親から受け継いだ殻の内部に、新しい殻を作って細胞分裂が完結するという特性状、増殖のため分裂するたびに、ケイ藻の殻は小さくなります(図を参照)

GREEN2012diatom2.png

無性生殖の細胞分裂だけで増殖するとケイ藻の個体群構成員は時間経過とともに殻のサイズが小さく!

ケイ酸質のガラスでできたようなケイ藻の殻は伸縮できず、細菌のペプチドグリカン・真菌のキチン・陸上植物のセルロースといった高分子多糖を骨組みとした細胞壁とは異なります。そして「うぅ 狭くてキツい!」と中身の細胞が悲鳴をあげたところで、ケイ藻は分裂しなくなります。そう、それはまさしくシンデレラのガラスの靴と同じ。グリム童話にあるように、つまさきやかかとといったからだの一部を、まさか実際には切り落とすわけにもいくまいし。

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小さい靴にあう女の子を探すって王子さんももしやその気が!?

こうして、細胞分裂による無性生殖ではもう増殖はできないと、ケイ藻は判断します。こうなれば、次は有性生殖です。この場合、新しくゼロから殻を作り直すので問題なし。有性生殖はケイ藻の生涯で最期のイベントであり、言い換えると、からだが小さくなれるだけ小さくなったところでケイ藻はオトナになるということです。はっきり書いてしまうと、人間世界では男女がいっしょになると起こるおかしなこと をして次世代をつくれるようになるわけですね。

このとき、ケイ藻は性フェロモンを分泌して、あらかじめ繁殖適齢期のパートナーを呼び寄せます。性フェロモンを生合成する送信側をとすれば、鞭毛がニョキッと生えてきて運動能力を獲得する受信側はでしょうか。

ケイ藻は、およそこのような生活環で暮らしています。そのため、同種あっても、若い個体はサイズが大きく、異性をもとめるオトナの個体はサイズが小さいのです。

 

ケイ藻の性フェロモンとしてジプロリンを単離

ケイ藻が何らかの物質を性フェロモンとして合図にしていることは、数年前に実験証拠が報告されていました[1]。ケイ藻は水圏の生態系を構成する影響力の大きなメンバーであり、その生活環を物質レベルから解明することは、きっと価値あるものでしょう。そこで、新たに鍵を握る生理活性分子のモノ取り[2]です。

GREEN2012diatom3.png

ケイ藻(Seminavis robusta)性フェロモンジプロリンの構造

まず、小さなケイ藻を育てた性フェロモンの生理活性がある培養液と、大きなケイ藻を育てた生理活性がない培養液とを用意しました。このふたつについて、代謝産物の網羅解析(metabolome)を行い、化合物プロファイルを比較しました。そこで白羽の矢が立った化合物が、分子量194で3つの環状構造と2つのアミノ結合を持つジプロリンです。生理活性試験はと言うと、ジプロリンがケイ藻を引き寄せる作用が、確かに観察されました。リンク先にあるこちらの動画[2]を参照のこと。ラブラブじゃん!

Angewandte Chemie Supporting Information 【anie_201208175_sm_attraction_18seczoom.wmv

群がっていますが、実際には一対一で接合して、お互いに配偶子をやりとりし、次世代を作ります。こうして新たに生まれた個体は、遺伝情報にもとづきゼロからケイ酸の殻を作るので、若々しく大きな殻ができあがるわけです。
さて、ジプロリンの受容体タンパク質や、生合成過程の解明、やるべき課題はまだまだあります。環境制御など、何かの役に立つ日がくれば、素敵ですね。

 

参考論文

[1] ケイ藻に性フェロモンが存在することを示唆する実験証拠

“Novel Sex Cells and Evidence for Sex Pheromones in Diatoms.” Shinya Sato et al. PLoS ONE 2011 DOI: 10.1371/journal.pone.0026923
[2] ケイ藻の性フェロモンがどんな構造の化合物か正体をメタボローム技術で解明

“Metabolomics Enables the Structure Elucidation of a Diatom Sex Pheromone.” Gillard J et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2012 early view DOI: 10.1002/anie.201208175

 

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