植物の中で、ハエトリグサは極めてハードコアな存在です。果実のような香りで獲物を誘い込み、葉の中に閉じ込めた後、5～12日間かけてゆっくりと消化し、食べた後に空になった殻を放出します。しかし、この行動の背後にある正確な分子メカニズムは、これまで科学者にとって謎でした。
本日Nature Communications誌に掲載された論文で、日本の研究者らは、ハエトリグサの毛状センサーの根元にあるイオンチャネルが、植物全体に警報を鳴らしてトラップを閉じるための増幅器として機能していることを報告した。誤解のないよう正確に言えば、ハエトリグサが本物の獲物と偽の信号をどれほど正確に識別できるか、そしてこれらの信号を検出する微小な毛状センサーの構造については、科学者らはある程度理解していた。しかし、神経系を持たない植物がどのようにして物理的刺激を生物学的シグナルに変換できるかは不明であった。
ハエトリグサの科学の歴史
その不思議な魅力を考えると、ハエトリグサが科学界から特別な注目を集めているのも不思議ではありません。例えば、2016年の研究では、ハエトリグサは受ける刺激の数を「数え」、刺激が一定の閾値を超えた場合にのみ口を閉じることが確認されました。また、今回の研究の筆頭著者である須田啓氏が2020年に発表した別の論文では、カルシウム濃度の変動がハエトリグサの短期記憶バンクとして機能していることが明らかにされています。
豊富な文献は、ハエトリグサに関する科学者の理解が不足している点を特定するのに役立ちました。新たな研究のために、研究チームは蛍光タンパク質を組み込んだハエトリグサを作製し、植物体内の様々なシグナルの動きを記録しました。
植物を優しく曲げると、カルシウムイオン濃度の急上昇と小さな電気信号が確認された。一方、より強い力で曲げると、より大きな反応が引き起こされ、カルシウムイオンと電気信号が植物全体に伝わったと論文は述べている。
「私たちのアプローチにより、生きた植物の中で物理的刺激が生物学的信号に変換される瞬間を視覚化することが可能になりました」と埼玉大学の生物学者である須田氏はリリースで述べた。
繊細なシステム
信号を詳しく調べたところ、感覚毛は実際には2種類の異なる細胞から構成されていることが明らかになりました。凹凸のある細胞は物理的刺激をカルシウム信号に変換し、隣接する細胞や周囲の細胞はこれらの信号を植物全体に伝達します。ただし、これは最初の刺激が十分に強い場合に限られます。
これらの細胞がなければ何が起こるかを調べるため、研究者たちはハエトリグサの毛の凹凸のある細胞を破壊し、その反応を無傷のハエトリグサの反応と比較しました。毛のどの側が損傷を受けたかには多少のばらつきがありましたが、一般的に、凹凸のある細胞に欠陥のあるハエトリグサは、ハエトリグサの近くを歩かせたアリのコロニーを含む刺激に対して反応しにくい傾向がありました。
この新たな研究は、ハエトリグサの生物学的特性が「ごく微かな、かすめた程度の接触さえも」感知する、洗練されながらも繊細な性質を持っていることを実証していると須田氏は述べた。さらに、このような機械感覚システム、つまり植物が触覚に反応する能力は、ハエトリグサ以外にも「共有」されている可能性があり、これは私たちが想像していた以上に多くのことが植物で起こっていることを示唆している。
