日本の東北大学による新しい研究で、太平洋に生息するゴールデンアイフィッシュの小型種であるパラプリアカンサス・ランソネティが、獲物から発光分子を「盗む」ことで自らの生物発光能力を獲得していることが判明した。これは、この方法で発光タンパク質を「輸入」する動物の唯一知られている例であると考えられています。
研究者らは、高精度の全ゲノム解読により、体長約7センチメートルのこの小さな魚には、生物発光を担う重要な酵素であるルシフェラーゼの遺伝子が欠如しており、「水平遺伝子伝達」によって他の種から遺伝子を獲得したという証拠がないことを発見した。通常、生物発光には、生物自体が関連遺伝子を保有し、発現する必要がありますが、ゴールデンアイタイには、この発光酵素を合成するための遺伝子設計図がありません。
それどころか、この魚は「ウミホタル」（甲殻類や貝虫類に属する発光プランクトン）という獲物の一種を捕食することで相手の体内で合成されたルシフェラーゼタンパク質を直接入手し、自らの発光器官に「輸送」して利用していることを確認した。研究者らは論文の中で、このアプローチはキンメダイが自らルシフェラーゼを生成できないが、「獲物のルシフェラーゼタンパク質を貯め込んで利用する」ことによって光を獲得していることを意味しており、この現象は「クレプトプロテイン症」として知られると書いている。
このメカニズムは、分子レベルでの一種の「盗み」に似ています。金目鯛は発光貝虫を捕食する際、相手のDNAや遺伝子を手に入れるのではなく、相手が産生した機能タンパク質を直接掴んで自身の組織に再展開する。このパターンは自然界では非常にまれであり、「獲物のタンパク質を盗む」ことによって機能を獲得することが明確に報告されている唯一の脊椎動物のケースです。
研究によると、この戦略にはエネルギー経済において明らかな利点があることがわかっています。発光酵素や関連化学分子を独立して生成できる一連の遺伝子と代謝経路を維持することは、生物にかなりのエネルギー負担を課すことになります。キンメダイは、高価な生化学合成プロセスをウミホタルなどの獲物に任せる「委託生産」を利用している。それは、これらの既製の分子「資源」を捕らえてリサイクルすることのみを担当し、それによってエネルギーを節約しながら光を発する能力を獲得します。
さらに驚くべきことに、この生物発光は仲間を引き寄せたり獲物を罠にかけたりするために使用されるのではなく、迷彩やステルスのために使用されるということです。研究チームは、薄暗い月明かりに照らされた水中で、捕食者が下から魚の群れを見上げると、水中の魚のシルエットを通して標的を識別できると説明した。しかし、金目鯛が体内の「盗んだ」発光タンパク質を使って腹部やその他の発光器官を光らせると、水域の背景光の下で自分の影を相殺し、周囲の環境と視覚的に統合することができる。この戦略は「対照光迷彩」と呼ばれます。
研究者らは、撮影した画像でイシダイの腹面から発光する青色の光を示し、生物発光に使われるこれらの酵素や化学分子は魚自身が生合成するものではなく、食べることによって獲物から得て体内に蓄えられるものであると指摘した。この「透明マント」スタイルの発光迷彩は、自然界で知られている最も洗練された隠蔽方法の 1 つであり、海の捕食者を回避する魚の能力を大幅に向上させます。
ただし、この「外部発光」戦略にも前提条件があります。つまり、金目鯛は、内部発光システムを継続的に「補充」できるように、十分な「ウミホタル」の獲物がいる環境に長時間いる必要があります。研究チームは、発光する貝虫を食べるたびに、体内の発光タンパク質に「燃料を供給」するのと同じことになると指摘した。光度は一定ではなく、タンパク質が消費され、また食べられると常に更新されます。
論文の著者らは、今回の発見は、生物が進化の過程で遺伝子の水平伝播に頼らずに獲物のタンパク質を「奪う」ことによって直接新しい機能を獲得できることを示していると強調している。現時点では、特定のタンパク質の「ハイジャック」および輸送メカニズムは完全には解明されていませんが、キンメダイの全ゲノムデータは、「タンパク質発光を盗む」システムの進化と分子メカニズムに関するさらなる研究のための基本的なプラットフォームを提供します。
この研究はScientific Reportsに掲載され、関連するプレスリリースが日本の東北大学によって正式に発表されました。科学者らは、この発見が生物発光と遺伝子機能分布についての人々の伝統的な理解を一新するだけでなく、生物がエネルギー制限された環境で極端な「資源保存」戦略を通じてどのように生存し、適応するかを理解するための独自の視点を提供すると信じている。