魅惑的なアネモネには光り輝く保護層がある

海洋生物学者のディミトリ・デハインは、スクリップス海洋研究所の一室にある隔離された水槽に歩いていく。彼の周りでは、青いタンクの中でポンプが回転し、ゴム長靴がコンクリートの床にきしむ音がし、潮間帯の藻の甘い香りが空気を満たす。デハインは実験水槽の蝶番を開け、何列にも並んだイソギンチャクを調べる。それから彼は手を水に沈め、無脊椎動物の1つをペトリ皿に移し、研究者が光生物学研究室に歩いていく。 生物が光とどのように相互作用するかを研究します。

デハインは光生物学研究室の照明を消し、水深 1 インチのイソギンチャクを紫外線 (UV) スポットライトの下に置いた。地味な生物が鮮やかな緑色に輝き始めた。この変化は生体蛍光によるものだ。生体蛍光とは、固有のタンパク質が特定の波長の光、つまり紫外線を吸収し、それを別の波長に変換するプロセスである。生物のタンパク質の種類、その他の分子要因に応じて、生物はネオングリーン、青、黄色、オレンジなどの色を作り出すことができる。

このような潮間帯のイソギンチャクは、驚くほど回復力に優れています。多くのイソギンチャク種が生息する潮間帯は、毎日 1 日に 2 回、完全に変化します。満潮と干潮の間に露出する領域が変化するため、生態系の住民には 2 つの選択肢が残されています。変化を生き延びるか、絶滅するかです。潮間帯のイソギンチャクは、この変化に対処するために特殊な適応を進化させ、こうした極端な状況でも繁栄できるようにしています。科学者たちは、こうした適応の 1 つについてさらに詳しく発見しました。

3月に発表された研究では、 米国科学アカデミー紀要研究者らは、潮間帯のイソギンチャクに含まれるタンパク質が蛍光出力を高め、同時に抗酸化特性も発揮することを発見した。抗酸化物質は、生物へのストレス要因によって生成される危険な化学物質であるフリーラジカルを解毒する化合物である。このタンパク質は、ストレス要因に対する新たな生化学的防御源となり、変動する海に生息するイソギンチャクの生死を分ける可能性がある。このタンパク質は、生物が気温の極端差などの変化に対処するのを助け、イソギンチャクが生き延びて遺伝子を新しい世代に伝える可能性を高める可能性がある。イソギンチャクが明るいほど、気候によって引き起こされるストレス要因をより容易に処理し、対処することができる。

当時スタンフォード大学、現在はMITの生物学者ナサニエル・クラークとカリフォルニア大学サンディエゴ校のデハインが率いるこの研究では、研究者らはカリフォルニア沿岸に生息する3種のイソギンチャクを調査し、生物蛍光の強度を制御するAnthoYFPと呼ばれるユニークなタンパク質を特定した。3種のイソギンチャクは、同様の環境に生息し、紫外線下では鮮やかな緑色に蛍光を発する点で似ているが、白色光下では色が変化することがある。1種の調査中、サンバーストイソギンチャク（アンソプレウラ・ソラ）において、研究者らは紫外線下と白色光下で蛍光を発するとネオングリーンを呈する独特の色彩変異体を発見した。 (このアネモネの他の種類は、白色光の下ではオリーブグリーンまたは茶色の色合いになります。) この永久的にネオン色に変化する現象に困惑した著者らは、白色光と紫外線の下でイソギンチャクをより明るくする AnthoYFP タンパク質のバージョンを調査して特定した。

タンパク質が生み出す光子特性よりもさらに注目すべきは、それがもたらす生化学的防御です。この研究は、生体内で蛍光タンパク質の抗酸化機能を初めて実証し、さらなる研究への扉を開きました。

この発見の影響は、将来的には潮間帯にとどまらない可能性がある。クラーク氏は、AnthoYFPが他の無脊椎動物の細胞ストレスへの対処に利用される未来を思い描いている。デハインは、このタンパク質がサンゴやイソギンチャクを含む他の刺胞動物種に遺伝子組み換えされる可能性があると示唆している。—気候変動による気温の上昇、より激しい嵐、海洋の酸性度の増加に直面した際の回復力を高めるため。例えば、クラーク氏は、このタンパク質は、温暖化した海洋の課題に耐えることができる、ストレスに強いサンゴを作るのに役立つ可能性があると述べています。

デハイン氏によると、気候変動により海岸が変形するにつれ、満潮から干潮まで、すべての潮間帯のストレス要因が増加する。満潮時には、より激しい波がイソギンチャクにさらなる剪断応力を与え、イソギンチャクを海に引きずり出す恐れがある。干潮時には、極度の暑さと水から出ている時間が長いことで、イソギンチャクが干上がってしまう可能性が高まる。また、海面上昇により、イソギンチャクの生態系は海岸沿いにさらに押し上げられ、生息可能領域の端まで押しやられる。デハイン氏によると、新たに特定されたタンパク質を持つイソギンチャクは、イソギンチャクの生存に不可欠な要素である。 このような増大するストレス要因の下で繁栄するために最も備えがされているだろう。

デハイン氏は、市民科学者のおかげで、彼と彼の同僚はサンバーストイソギンチャクの色の変異体がどこに生息し、広がっているのかを知ることができたと語る。著者らは、デジタルプラットフォーム「iNaturalist」の観察結果を利用して、このユニークなイソギンチャクの生息範囲、個体密度、普及率を判定した。

カリフォルニアでは、潮間帯愛好家の強力なコミュニティが、iNaturalist などのデータベースに写真や観察結果を定期的に投稿しています。これらの市民科学者にとって、潮だまりの発見の衝動と常に変化する性質は、彼らを惹きつけるものです。この研究では、数千人の市民科学者がオレゴンからメキシコのバハまで約 6,000 匹のイソギンチャクの写真を撮影して分析し、サンバーストイソギンチャクの個体群の特定に役立てました。

ジェイミー・フェルドマンは、そんな情熱的な市民科学者の一人です。熱心なダイバーであり、ScubaProのアンバサダーであり、ユーザー名が @UnderwaterPaparazzi、 フェルドマンさんは、ネオプレン製の長靴、水中カメラ、ヘッドランプを携えて、カリフォルニア州ラホヤの潮だまりに向かいます。彼女は干潮の 30 分前に目的地に到着することが多く、満潮で干潮になる前にお気に入りの潮だまりに到着することができます。フェルドマンさんは、時には午前 3 時半に潮だまりに足を運ぶこともあります。これは大変な旅ですが、夜間や夜明け、夕暮れ時に活動する珍しい生物を目にする機会に恵まれています。

フェルドマンさんが潮間帯を好きになったのは、海が荒れてスキューバダイビングができないときに何かしたいと思ったから。現在、フェルドマンさんは潮間帯でさまざまな生物を見つけて写真を撮るという挑戦に夢中になっている。サンディエゴの気候が変化する中、科学者たちに生態系の変化を「リアルタイムで」提供したいと彼女は考えている。

市民科学者でウミウシ愛好家のローラ・シモナトさんも、iNaturalist で潮間帯の発見を積極的に共有しています。彼女は、潮間帯の生物の多様性と不思議について、Instagram の @thetidepooler に投稿しています。シモナトさんは、見たことのない種も含め、特定の種を見つけるためにどの場所を訪れるかを決めるときに、iNaturalist を参考にしています。他の潮間帯探検家に啓蒙するために、シモナトさんは潮間帯の生物のインタラクティブなポスター「Tidaldex」を作成し、販売しています。

シモナト氏にとって、小さな無脊椎動物を見つけて写真を撮ることは、かなりの練習を要した。何年も潮だまりに通っているうちに、彼女は周囲に何があるのか、何が場違いなのかをより意識するようになった。場違いな生物の観察結果を共有することで、科学者は気候変動の影響を受けている可能性のある生息地の変化や種の分布範囲の拡大を特定できる。

フェルドマン氏とシモナト氏は、潮間帯を他の生物に紹介することで、新たな意見が加わることを奨励し、科学者の助けを借りて、海洋のより明るく強靭な未来を創造したいと考えています。