産卵しても死なないモデルタコの探索

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マサチューセッツ州の研究室が、モデル生物となり科学研究を支援できる8本腕の頭足類をついに発見したかもしれない。

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エリザベス・プレストン

写真とビデオ：マット・コスビー

水槽は空っぽに見えましたが、貝殻をひっくり返すと、ピンポン球ほどの大きさのタコが隠れていました。 彼女は動かなかった。 それから突然、肌が真珠のようなベージュから鮮やかなブロンズの縞模様に変わると、彼女はフリルの腕を伸ばしました。

「彼女は私たちと話そうとしているんです」とケープコッドの南西隅、マサチューセッツ州ウッズホールにある国際研究センター海洋生物学研究所の頭足動物管理マネージャー、ブレット・グラース氏は語った。

この縞模様の小さなタコは、科学者たちが頭足類をモデル生物に変えようとしている研究室の実験コロニーの一部である。この動物は、マウスやショウジョウバエのように、研究機関で生きて繁殖し、何世代にもわたって科学研究に貢献できる動物である。

頭足類が科学者を魅了する理由は数多くあります。その中には、その高度なカメラのような目や、人間や人類の近縁種の目や脳とは独立して進化した大きな脳などが含まれます。 タコ、イカ、イカは本質的にはカタツムリが殻を取り替えて賢くなったものです。 海洋生物学研究所の神経生物学者ジョシュア・ローゼンタール氏は、「彼らは無脊椎動物の中で最も大きな脳を持っている」と語る。 「つまり、それに近いものではありません。」

モデル頭足類は生物学者にとって恩恵となるだろう。 しかし、これらの頭脳があり、しばしば奇妙な動物、特にタコを飼育下に置くことは、倫理的および物流上の両方の課題を伴います。 ウッズホールの研究者らは、以前にもイカを複数世代にわたって飼育することに成功している。 しかし、1 匹のイカから頭足類についてすべてを科学者に伝えることはできません。

同施設の発生生物学者キャロライン・アルバーティン氏は、「さまざまな質問に答えるためのさまざまなモデルがあることは、非常に価値があることだと思います」と語った。

しかし、タコには、共食いするといういくつかの残念な習性があるため、長い間科学者を困惑させてきました。 彼らは悪名高い脱出アーティストです。 母親は繁殖するとすぐに死んでしまうため、繁殖個体数を増やすのは困難です。

そのため、このモデルのタコは一種のシロイルカのような存在となった。昨年、グラース氏と彼の同僚が、研究室でこれまでに誰よりも多くの、特に有望なタコ種を3世代連続で飼育したと発表した。

シマウマ模様の小さなタコ、タコ キエルキエを見てみましょう。

カリフォルニア大学バークレー校の行動生態学者ロイ・コールドウェルは、1970年代半ばにパナマで、ヒメダコとも呼ばれるタコ・キエルキエに初めて出会った。 彼は海から石を引っ張り出して、亀裂に隠れているシャコを見つけました。 「時々、このかわいい小さな縞模様のタコが出てきました」と彼は言いました。

彼は数匹のタコをバークレーに持ち帰った。 その直後、「メスの1匹が卵を産んだが、死ぬだろうと思っていたので、ちょっと残念だと思った」とコールドウェル博士は語った。 「そして彼女は死ななかった。」 数か月後、また卵を産みました。

パナマの科学者アルカディオ・ロダニシェによる1984年の論文は、コールドウェル博士の観察を裏付けた。この種のメスは、他のほぼすべてのタコとは異なり、数回生殖することができる。

この特徴は、その便利なサイズと相まって、実験室研究の魅力的な対象となった。 残念ながら、コールドウェル博士はパナマでそれ以上のものを見つけることができませんでした。 彼が尋ねた生物学者や収集家も誰も見たことがなかった。

コールドウェル博士によると、「新しいペットのタコの世話の仕方を知りたいという高校生からのメールを受け取った」2010年頃まで、この小さな頭足類は単なる思い出にすぎなかった。 生徒さんが写真を送ってくれました。 タコのシマウマの縞模様は紛れもないものでした。

コールドウェル博士はタコを追跡し、ニカラグアの収集家にたどり着きました。 最後に、彼は数匹のヒメダコを入手し、研究室でコロニーを作ろうとすることができました。 しかし、3、4 年間の試みにもかかわらず、彼は決して第 2 世代を超えることができませんでした。 コールドウェル博士によると、その後、メスの卵は孵化しなかったという。 同氏は食生活だけでなく近親交配にも問題があるのではないかと疑った。 「私たちは彼らに何を食べさせればよいのか全く分かりませんでした。」

ローゼンタール博士が科学研究を助けるために頭足類の模型を作るという夢を抱いて海洋生物学研究所に来た 2016 年、その疑問はまだ解決されていませんでした。 彼は頭足類のささやき屋として知られていたグラース氏をカリフォルニアのモントレーベイ水族館から採用した。 テイラー・サクマーさんもモントレー湾の水族館の専門家で、多腕動物のための新しい種類の施設の建設を手伝うためにケープコッドにやって来た。

現在、その施設は薄暗く、ガヤガヤと音を立て、水槽が並び、海水の匂いが漂っている部屋となっている。 人々は24時間体制でラックの間を縫合し、水槽をチェックし、水たまりを拭き、数種の頭足類に餌を与えている。

科学者らが2018年にニカラグアから7匹のタコを集めてタコのコロニーを開始したとき、彼らは生きた魚介類と冷凍魚介類のビュッフェを提供した。 次に、動物たちのボディランゲージや肌の色の変化を観察して、何が一番好みかを見つけました。 (マダコには常に縞模様がありますが、コントラストを上げたり、縞模様をほぼ完全に消したりすることができます。)

「これらの頭足類と十分に長い間一緒に仕事をすれば、基本的に頭足類の話し方を学ぶことができます」とグラース氏は言う。

タコは差し出されたものを吸盤で味見しようと手を伸ばします。 味が良ければ、タコはすぐに8本の腕すべてで餌を包み込み、それを食べるために避難所に逃げます。 与えられたものが気に入らない場合、タコはその餌を水槽の側面に投げつけることがあります。

科学者らは、飼育中のタコを観察し、交尾の準備ができたオスが、まるでマラカスの束を回すかのように、腕の先端で素早く振動するダンスをしていることも発見した。

タコが交尾し、卵から赤ちゃんが生まれた後、グラース氏は、タコがお互いに間食しないように、明るいオレンジ色でレンズ豆より小さい子供を個別のPVCパイプのシリンダーに入れました。 彼は、孵化したばかりのヒナが「激しい水泳」の段階を経て、囲いとその蓋の間のごくわずかな隙間を通って逃げることができることを発見した。

通常、AstroTurf やベルクロ ストリップの毛羽立った面などの素材は、タコの吸盤がくっつかないため、タコが垂直面に登るのを防ぐことができる、とグラース氏は言いました。 しかし、ヒメダコの極小の赤ちゃんは、はしごのようにこれらの材料を登ることができました。

「通常、タコはこの種よりも簡単に確保できる」とグラース氏は言う。

彼は現在、孵化したばかりの雛の囲いをしっかりと密閉するために、拡張可能な発泡体の蓋を使用しています。 キエルキエ成体用の水槽には、周囲がベルクロで覆われており、グラース氏が「本当にハイテクなセキュリティシステム」と呼ぶもの、つまり蓋の上に重い石が取り付けられている。

2015 年、アルバーティン博士は最初の頭足類のゲノムを解読したチームの一員でした。 「あまりの速さに驚いています」と彼女は語った。 「頭足類は世界について私たちに教えてくれることがたくさんあります。そして私たちはついに頭足類を理解し始められる段階に来ています。」

しかし、分子時代に理想的な実験動物とは、何世代にもわたって健康を維持できる動物だけではないとローゼンタール博士は述べた。 それはまた、DNA科学者が操作できるものでもあります。 遺伝子をオフにしたり、動物の細胞に新しい遺伝子やマーカーを追加したりすることで、科学者は生物学の仕組みをより明確に見ることができます。 マウスやその他の実験動物を使ったこのような研究により、研究者は、たとえば個々の遺伝子の役割を直接テストしたり、ヒトの病気の動物モデルを作成したりできるようになりました。 しかし、頭足類、特にタコの場合はさらに困難でした。

海洋生物学研究所の研究者らは、CRISPR-Cas9というツールを使用して、ケープコッドに生息するイカと、同研究所のハチドリボブテイルイカの遺伝子を編集することに成功したと発表した。 これらの動物の丈夫な卵に物質を注入するために、彼らは鋭利な石英針と特別に設計された小さなハサミを使用しました。

頭足類の遺伝学を操作したい科学者にとって、ハチドリのボブテイルイカはこれまでで最も有望なモデル動物であるとアルバーティン博士は述べ、「育てやすく、刺しやすく、孵卵室で飼育しやすい」と述べた。

しかし、イカを勉強するだけでは十分ではありません。

「人々は頭足類について、ある種すべて同じものだと考えがちです」とアルバーティン博士は言う。 「タコもイカも、どれもふにゃふにゃして海の中を漂っています。でも実際は全く違います。」

ただし、タコの卵には問題があります。 アルバーティン博士が研究した卵はすべて「硬くて革のような卵の殻」を持っています。彼女は言いました。 彼女の針はそれを突き刺すことができない。 彼女はハサミで卵に切り込みを入れることはできたが、ローゼンタール博士が丁寧に「陽圧」と呼んだ別の問題に直面しただけで、アルバーティン博士は黄身が「チューブから歯磨き粉を出し出すように卵の殻から絞り出される」と表現した。

「正直に言って、タコの卵に注射する方法をまだ発見した人はいない」とアルバーティン博士は語った。

科学者たちはそれが不可能だとは考えていません。 しかし、マダコがローゼンタール博士が思い描いたタイプのモデル生物になる前に、彼らはそれを解明する必要があるだろう。

マダコの遺伝子編集はまだ解明されていないが、この種は頭足類の新たな謎に取り組むのに役立つ可能性がある。

タコ ビマキュロイデス、またはカリフォルニア 2 斑点タコは、科学者が野生から入手できる一般的な研究用頭足類です。 しかし、それには欠点もあります。 まず、それははるかに大きいです - 海洋生物学研究所の2つのスポットのタコ水槽は、その上部にレンガがあり、その住人はそこから出ることができません。

もう一つの問題は、母親が死亡することです。 研究室にいる一匹の二斑タコは活発で好奇心旺盛で、訪問者に向かって水を噴射していました。 隣の水槽には、透明な卵の塊の上にうずくまる瀕死のメスが収容されていた。 母親は片目が見えたまま動かなかった。

ワシントン大学シアトル校の進化神経科学者、Z・ヤン・ワン氏は、母タコの急速な衰退に興味を惹かれている。 「これほど複雑な神経系を持つこの動物の寿命は、非常に短いのです」と王博士は語った。

2018年の研究で、彼女は、雌の二斑タコが卵の世話をし、卵を撫でたり、水を吹きかけたりしている間に、最初に餌を食べるのをやめた様子を記録した。 すると母親たちは青ざめ、奇妙な行動をとり始め、時には自分の腕の先を食べたり、吸盤で自分自身を傷つけたりして、死亡した。

ワン博士は、この秋に自分の研究室を立ち上げるときに、このプロセスについてさらに学びたいと考えています。 彼女は、グラース氏たちが始めたコロニーからマダコを入手し、その方法を使って自分のコロニーを始める計画を​​立てています。 彼女は動物の脳の中で、生殖を生き残るための鍵を見つけるかもしれない。

彼女は、ケープコッドのチームを含む他の頭足類研究者のグループと会合し、マダコの研究への利用をどのように進めるかについて話し合っている。 「私たちは皆、この種に非常に熱心に取り組んでいます」とワン博士は語った。

2世代を超えてタコを繁殖させることができなかったコールドウェル博士も、こうした会話に参加している。 同氏は、ウッズホールの施設で動物を3世代にわたって生かし続けた結果は有望であると述べた。

グラース氏と彼の同僚は、7 匹の野生タコから 700 人以上の子供、孫、ひ孫を育ててきました。 しかし、最後の世代で、彼らは植民地を消滅させました。

それは 2020 年でしたが、新型コロナウイルス感染症による制限のため、一度に施設に入れるのは 1 人だけでした。 科学者たちは、彼らが世話できる以上の動物を作らないようにするために、タコの繁殖にブレーキをかける必要がありました。 コロニーのメンバーは 2 歳以上の高齢のメス 1 匹だけがまだ生きています。

さらに、コロニーでは近親交配の問題の兆候が見られました。 成体まで生きた孵化したばかりの子ガメの数は少なかった。 1匹の赤ちゃんが16本の腕で孵化しました。

しかしこの冬、新たに5匹のマダコがニカラグアから施設に到着した。 科学者たちは学んだことを利用して新しいコロニーを開始する予定です。 今回、彼らは定期的に新しい野生動物を追加することで遺伝子プールを健全に保ちたいと考えている。

彼らの福祉を念頭に置き、グラース氏はすべての頭足類の人工住居を豊かにするために、貝殻、人工植物、その他の物体を提供しています。 彼はまた、動物たちの食事や景色の変化に多様性を持たせるようにし、時には瓶に入ったエビなどの楽しいプロジェクトも用意しています。 これらの豊かな生活は彼らの「精神的健康」を助けると彼は述べた。

サンフランシスコ州立大学の神経科学者ロビン・クルック氏によると、獲物を狩ったり、砂に隠れたりするなど、種に自然な行動をさせるとストレスが軽減されるという。 彼女自身の研究室では、「私たちがタコに使用する囲いは信じられないほど豊富で、見つけることができないこともよくあります」と彼女は語った。

クルック博士は、海洋生物学研究所の人々と協力してハチドリボブテイルイカの自立したコロニーを維持しています。 昨年の研究で、彼女はタコが痛みを感じているようであることを示した。 彼女は、自分の研究室の生物学的発見が、他の科学者による飼育下でのこれらの動物の世話の方法に影響を与えることを望んでいます。

「動物の福祉が良くなればなるほど、より良い実験データが得られます。そして、必要な動物の数は減ります」とクルック博士は語った。 「そして一般的に、それはより優れた科学です。」

米国では、無脊椎動物の研究を規制する法律はありません。 科学者がマウス、鳥、魚などのバックボーンを持つ動物を研究したい場合、施設内の委員会からの倫理承認が必要です。 線虫、または高度に知的な頭足類を研究している科学者は、やりたいことは何でもできます。

海洋生物学研究所などの一部の機関は、頭足類の研究に対して自主的に同じ審査プロセスを使用しています。 「私たちは彼らに従って正しいことをしたいと思っています」とローゼンタール博士は語った。

新しい法律がない場合、タコや他の頭足類の福祉を改善するもう一つの方法は飼育下繁殖であるとクルック博士は言う。 動物が野生から来た場合、研究者はそれが動物の元に届く前にどのように捕獲され、どのように扱われたのか知りません。

「MBL以外に飼育繁殖された頭足類の供給源は実際にはありません。ですから、これは素晴らしい資源なのです」と彼女は言う。

クルック博士は、ウッズホールの研究チームがマダコのような動物を飼育することで、実験動物の生活を改善するだけでなく、生物学における大きな疑問に答えるための強力な新しいツールを科学者に提供できることを期待している。

「進化学的に言えば、神経生物学的に見ても、それらは信じられないほど複雑であり、私たちとはまったく異なるものです。だからこそ私たちはそれらを研究しているのです」とクルック博士は語った。 「頭足類は、他の方法では決して知ることができない脳についてのことを私たちに伝える、非常にユニークな立場にあります。」

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