クマノミの赤ちゃんは海で生き残るために急速に遺伝子を変化させることができる

『ファインディング・ニモ』が劇場で公開され、サンゴ礁から消えた「小さなカクレクマノミ」が私たちの心をつかんでから、ちょうど20年が経ちました。しかし、サンゴ礁の魚には、美しい鱗や架空の物語以外にも、たくさんの魅力があります。

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5月11日にオープンアクセスジャーナルPLOS Biologyに掲載された研究 イソギンチャクやサンゴ礁に生息する魚の中には、幼生時代に外洋を高速で泳いでいた時期からサンゴ礁に定着して生活する時期に移行するときに、激しい生理学的変化を経験する魚がいることがわかった。

ニモとスクワートという名の若いウミガメの友達には、年齢以外にも共通点がいくつかあったかもしれません。ウミガメと同様に、多くのサンゴ礁の魚は、最終的に定着して生活する場所から離れた場所で産卵します。成体のサンゴ礁の魚は外洋で幼生を産み、幼生は強い流れに逆らってサンゴ礁に戻り、成体になってそこで生活します。ヒトデ、サンゴ、ウニなどの他の底生海洋生物もこのパターンに従います。

「サンゴ礁の魚類にとって、生後数週間は最も脆弱な時期であり、生き残れなければ、健康な成魚に成長できず、サンゴ礁の生態系に貢献できないことを意味します」と共著者でジェームズ・クック大学の海洋生物学者ジョディ・L・ラマー氏はPopSciに語った。

こうした泳ぎには小さな魚に多大なエネルギーが要求されるが、サンゴ礁の底に落ち着くと、彼らはギアを大幅に切り替えて、夜間の低酸素環境、つまり低酸素状態で生き延びなければならない。

この調整がどのように機能するかを詳しく知るために、研究チームは、シナモンクマノミ（ Amphiprion melanopus ）の幼生の遊泳速度、酸素更新、低酸素耐性の毎日の測定値を収集しました。研究チームは、幼生が孵化した時から落ち着くまで、通常は生後9日目頃まで、研究室環境で観察しました。

「クマノミを含むサンゴ礁の魚類の幼生は、体の大きさに比べて泳ぎが速い部類に入ります」と、研究共著者のアダム・ダウニー氏はPopSciに語った。ダウニー氏は現在、オーストラリアのクイーンズランド大学の動物生理学者で、ジェームズ・クック大学で博士号取得の一環としてこの研究を行った。「私たちの研究では、最高速度は毎秒12センチメートル（4.7インチ）を超えましたが、小指の爪ほどの大きさの魚の場合、毎秒10〜12体長に相当します。比較すると、クマノミを含むサンゴ礁の魚類の幼生は、体の大きさに比べて、水泳テストでは他のほとんどの海洋生物やすべての人間よりも速いのです！」

さらに、研究者たちは、魚の低酸素耐性が 5 日目あたりで増加する一方で、酸素摂取量が減少することを確認しました。魚の体が酸素不足にどのように対処するかを調べるために、研究者たちはさまざまな年齢の幼生から mRNA を配列し、発育中に起こる遺伝子活動の変化を調べました。これらの生理学的変化は、ヘモグロビンが生成される遺伝子領域と相関しており、発育中に 2,470 個の遺伝子の活動が変化しました。

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「これらの稚魚は、酸素輸送および貯蔵タンパク質をコードする特定の遺伝子の発現パターンを、サンゴ礁の低酸素状態にちょうど間に合うように変更することができます」とルマー氏は言います。「ヘモグロビンやミオグロビンなどのこれらのタンパク質は、私たちの体内にも存在し、環境から酸素を取り込み、筋肉、心臓、その他の臓器に届ける上で重要です。まさにタイミングがすべてです！」

研究により、シナモンクマノミ（別名シナモンクラウンフィッシュ）の幼生は、体の大きさに比べて、現在測定されている硬骨魚の中で最も酸素摂取率が高いことがわかった。より多くの酸素を摂取するために遺伝子を変化させることができるため、サンゴ礁の魚はオリンピック選手でさえ羨むようなスピードで泳ぐことができる。ダウニー氏によると、一部の研究では、クマノミは1秒間に体長50倍のスピードで泳ぐことが記録されているが、マイケル・フェルプスは1秒間に体長2倍弱のスピードだ。

気候変動の影響はすべての海洋生物を脅かすため、研究チームは、海水温の上昇によりエネルギー需要が高まり、カクレクマノミの遊泳能力が損なわれる可能性があると考えている。海水温の上昇は、サンゴの白化、海洋酸性化、病気などに加え、サンゴ礁の生態系をさらに危険にさらす。

「次のステップは、気温や汚染物質など、さまざまな気候変動のストレス要因が、カクレクマノミの幼生の遊泳能力や、外洋からサンゴ礁への正常な移行能力にどのような影響を与えるかを調べることだ」とダウニー氏は語った。