新材料：甲殻類動物の遺伝物質がシルクを製造できることを発見

何千年もの間、人々はクモの丈夫な絹糸の複雑さに驚嘆し、蚕が紡いだ絹糸の贅沢な柔らかさを大切にしてきた。ミツバチやハエのような他の昆虫の種類も、糸を生産します。しかし、生物学者でさえ、さまざまな甲殻類がこのような多機能で価値のあるタンパク質繊維を作ることを知っている人は少ない。現在、2人の大学院生は、あまり知られていないシルク生産者が重視されるべきだと考えている。

2人は協力して片足類と呼ばれる甲殻類の数十種類の遺伝物質を収集し分析し、その中のいくつかはシルクを製造することができる。生徒の1人、フロリダ自然史博物館のブライトニーCummingsは、このグループが何度も独自に産糸機能を開発したことを明らかにした家系図を寄せ集めた--これはいわゆる進化の一例である。もう一人はカリフォルニア大学サンタバーバラ校のSienaですMcKim、彼女は少なくとも1種の両生類がこの繊維を産生することを発見し、その遺伝子はカイコと同じである。

先週、シアトルで行われた総合比較生物学学会の年次総会で、2人とも彼らの発見を報告した。データを含めて、一部の片足類動物はシルクを製造する能力を失った後、奇妙な体の状況や付属肢を形成したことが明らかになった。

ウィリアムメアリー学院の無脊椎動物動物動物動物動物学者ジョナサン・アレン氏はこの仕事に参加していないが、この研究によると、糸の進化には多くの目的があり、ライフスタイルや体型の多様性を推進している可能性があるという。「その後の糸生産の損失は、より奇妙な変化を招いた」。

会議では、マッキムは1世紀以上前の科学文献を用いてどの甲殻類の糸を製造するかを決定することを記述した。彼女は、糸は甲殻類の中で少なくとも6回進化した可能性があり、その中には二足類、ワタリガニ（エビとも呼ばれる）、tanaids（塩水と淡水に生息する小エビ類）がそれぞれ2回起源を持っていると報告した。

マッキンの講演に参加したシルク生物学者たちは驚いた。アクロン大学蜘蛛の糸を研究するポスドクポストAngela AliceaSerrano氏は「甲殻類が絹を作る能力があるとは知らなかった」と話した。

生物学者の中でも、片足類の動物は無視されがちであるか、さらに悪いことに、奇妙な顔をしたエビと間違えられている。豆状で、通常はさくらんぼより大きくなく、海、川、湖、池の中で非常に豊富で、魚類、他の無脊椎動物、クジラの主要な食べ物である。これまで、McKimとCummingsは最も多様な形態の片足類である蛇尾類に重点を置いてきた。いくつかのウミヘビ科植物はトウモロコシ植物である。また、多くの種は爪と触角の増大から頭部、後端の減少と欠損、あるいはその両方に大きな変化を経験している。

これらの奇妙な形の蛇冠がカミングス研究の片足類動物の糸を引きつけたのだ。約20年前、他の研究者は、蛇尾科の多様性は、糸腺、長触角、把持脚を進化させる21科を含む分岐のメンバーに由来すると考えていた。

CummingsとMcKimは、ブリティッシュコロンビア州からカリフォルニア州南部と南米にかけての片足類を集めた。彼女は大西洋、カリブ海、南極大陸沿岸部に運ばれた保存標本も検査した。これらの生物は異なる目的のために糸を製造している。砂や糞を縛ったり、泥の中に柔らかい保護管を作ったり、水を汲んで食べ物を集めるための硬い管を作ったりします。ウニの脊椎末端にも糸状の「棒」を作り、触角を出して食べ物を捕まえるときに支持として使われる。（棘はウニと片足類の保護を提供している。）一部の人はそれらの糸で可動のフェンスを作り、体は糸管内を泳ぎ、触角をたたいて動き回る。

二人は一緒に7つの蛇尾科を代表する新たに捕獲された片足類種から遺伝物質を集めた。これまで、彼らは9つの種の活性遺伝子を編目してきた。Cummingsは会議で、これらの初期データが両生類の進化に驚くべき手がかりを提供したと報じた。

研究者は、すべての糸管製造者が集まっており、糸管を製造しなくなったすべての種は両生類家系図の別の分岐に属していると考えている。しかし、Cummingsの初歩的な分析によると、糸の発生は何度も発展し、何度も消えてしまった可能性がある。片足類動物の中で最も早い糸からホースを製造する種。彼らの一部は糸を生産する能力を失ったが、何のパイプもなく、岩や貝殻、その他の表面をしっかりつかんだ。

彼女は後にある時、産糸は再び進化したが、これらの種は硬いパイプを作ったため、流れの速い水の中で生活することができたと報じた。最近、これらの種のいくつかは、これらのより速い水域で自由に生活し、依存している生命と引き換えに、糸を生産する能力を再利用している。エレンは「彼女が話したい物語は最初のように簡単ではない」と話した。

甲殻類の糸をより深く分析することで、実用化される日が来るかもしれない。研究者はすでにクモの糸を生物医学と工学に使用し、縫合糸と再生組織のステントとして使用している。その特性を研究することで、研究者は同じように頑丈な合成材料をどのように製造するかを学んでいる。

　　Alicea Serrano氏は「両生類は海洋環境に生息しているため、この糸には「塩水に作用させる」というユニークな点がある。「私たちはこれらの材料を使って自分のために材料を作ることができるかもしれません」。

マッキムは絹を生産する生物だけに注目し、その足の一部の活性遺伝子を比較した。これらの足は絹を生産することができ、他の足には絹腺がない。カイコから2つの糸二足類脚を産生する活性遺伝子が発見されたと報道した。彼女は会議で、この発見は「蛾に似た遺伝子を使っていると信じさせてくれる」と話した。しかし、なぜ、どのようにしてこれらの類似した遺伝子を生成したのか――それらは共通の祖先にさかのぼる可能性はあまりない――「私を徹夜で眠らせにくい原因だ」。