クマムシは極限状態で生きる動物です。クマムシとしても知られるこれらの微細な水生無脊椎動物は、極度の寒さや暑さ、宇宙の過酷な条件にも耐えることができます。脱水症状になっても、何十年もこの状態が続いていても、水だけで復活します。彼らは南極を含むすべての大陸に生息しており、海溝から砂漠を経てヒマラヤの頂上に至るまでの環境に生息しています。
今回、科学者チームは、これらの生物には別のユニークな条件があることを発見しました。それは、彼らのゲノムには、既知のすべての動物種の中で最も「移植された」DNAが含まれているということです。研究者らは、クマムシが祖先からすべての遺伝子を受け継ぐのではなく、遺伝子構成の6分の1を植物、細菌、菌類、古細菌から得ていることを発見した。この混合全体により、種は私たちが想像していたよりもはるかに非直線的な方法で形成される可能性があることが明らかになりました。
「生命の多様性と遺伝情報の流れについて考えるとき、人々は大きな枝から小さな枝を生み出す木を想像しますが、それらの間には何のつながりもありません」とトーマス・ブースビー氏は言う。彼は、ノースカロライナ大学チャペルヒル校のライフサイエンス研究財団博士研究員です。 「私たちは、生命の木の代わりに、生命の網について考える方が適切であることに気づき始めています」と彼は続けます。
ブースビー氏は、クマムシの極限の生存戦略の最も基本的な基盤を発見することを期待して、クマムシのゲノムの研究を始めた。各遺伝子をカタログ化するために、彼と彼の同僚はまず、数千匹のこれらの生物からいくつかの短い DNA 断片を抽出し、配列を決定しました。次に、コンピューター プログラムを使用してすべての部分を「つなぎ合わせ」、コード全体を明らかにしました。
「これを行ったとき、動物由来とは思えない遺伝子がたくさんあることが最初にわかりました」と科学者は言います。 「私たちの本能的な反応は、間違いを犯した、あるいは何かがサンプルを汚染したに違いないと考えることでした」と彼は言う。結果を再確認するために、研究チームはポリメラーゼ連鎖反応をテストした。これは、特定の「トリガー」に一致する場合にのみ、遺伝物質の標的領域を増幅する方法である。
この場合、彼らは動物と細菌の遺伝子を個別の単位として増幅できるかどうかを確認したいと考えていましたが、これは同じゲノム内で物理的に結合している場合にのみ可能です。 「これを100以上の遺伝子に対して行い、98%の成功率を示した」とブースビー氏は語った。
ゲノムの読み取りが正しいと確信したチームは、特定の遺伝子配列の進化的祖先を再構築したところ、外来遺伝子と思われるものはクマムシ自身が開発した類似のものではなく、まさにその遺伝子であることが確認された。 「その結果、異物のように見える遺伝子が実際には非動物性生命体に由来することが明白に明らかになった」と研究者は明らかにした。
研究チームはクマムシの遺伝子の17.5％が何らかの異物でできていると結論づけた。これらの外部遺伝子のほとんどは細菌に由来しており、クマムシの遺伝子構成には何千もの種が含まれています。科学者たちは、これらの遺伝子の多くはストレス耐性において「元の所有者」と同じ役割を果たす役割を担っていると考えています。
いくつかのケースでは、外来要素がクマムシの要素に取って代わりましたが、他のケースでは、これらの動物は独自の構造を維持しながら、1 つまたは複数の種の細菌の単一または複数のコピーをそれらの動物に組み込みました。研究者らは、これは一度限りの出来事ではなく、現在でも続いている可能性があると推測している。しかし、まだ発見されていないのは、これらの生物がどのようにして自分自身の DNA に外来の遺伝物質をつなぎ合わせることができるのかということです。