脊椎動物。 無脊椎動物と脊椎動物の違い

体節 (脊椎動物)

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自然免疫のお話 「免疫」は、体に入ってきた細菌やウイルスなどの病原体や、ガンなどの異常細胞を体から追い出すしくみです。 体には免疫を担当する専門の細胞がいて、私たちの健康を守ってくれています。 獲得免疫と自然免疫 ヒトは、獲得免疫と自然免疫というふたつの免疫システムで体を守っています。 はしかにかかった人が二度とはしかにかからないことはご存じでしょう。 これは体内に一度はしかウイルスが侵入したことで、はしかウイルスを認識して体から追い出すのに必要な「抗体」という物質ができるからです。 この抗体による免疫は「獲得免疫」といい、一般に免疫と言えばこのことを指します。 獲得免疫はヒトを含む脊椎動物において、細菌やウイルスによる病気を防ぐために重要な役割を持っています。 一方、カイコなどの昆虫を含む無脊椎動物は抗体を作ることができません。 しかし近年になって、抗体を持たない無脊椎動物にも免疫力があることが明らかになりました。 この免疫は獲得免疫と区別して「自然免疫」と呼ばれます。 自然免疫はヒトを含む脊椎動物にも存在しています。 病原体が体内に侵入した時に獲得免疫より先に機能し、感染初期の防御に役立っています。 自然免疫では、血液やリンパ液に存在する白血球やリンパ球といった免疫担当細胞が体内の異物を認識することで、 それを排除するための反応が起こります。 細菌やウイルスなどの病原体だけでなく、もともと正常な細胞が変化を起こしてできたガン細胞なども異物として攻撃します。 自然免疫は生物が共通して持つ感染防御システムで、獲得免疫と違って異物の種類を選ばないため反応が素早く、多くの病原体に対応できるのが特徴です。 ヒト等の脊椎動物でも、感染初期の抵抗性、ガンや生活習慣病の予防、傷の修復などにおいては、特定の病原体だけに反応する獲得免疫よりも有効だと考えられます。 自然免疫の異常は様々な疾患を引き起こす原因となることから、その機能を適切にコントロールできる優れた薬や、自然免疫を活性化させる飲食品の開発が望まれています。

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魚類の場合は、それぞれ1つずつであり、1心房1心室です。 血液循環の流れは次の通りです。 二酸化炭素を多く含む静脈血が全身から心臓へ戻る• 心臓は、この静脈血をえらへ送り出す• えらは、酸素を取り込み、二酸化炭素を取り除く• 酸素を多く含む動脈血が身体へ直接向か。 身体の各細胞は、動脈血から栄養や酸素をもらい、二酸化炭素や不要物を戻す• 二酸化炭素を多く含む静脈血が全身から心臓へ戻る これを繰り返します。 (5)繁殖方法 卵生 魚類の多くは、卵を産む繁殖方法(卵生(らんせい))です。 水中に殻のない卵を産みます。 基本的に親魚は、卵や子供の世話をしません。 産みっぱなしです。 そのため多くの卵を産みます。 一説によるとマンボウは1億個以上産むようです。 タラコやイクラを考えると、卵の数が大量であることがわかります。 体外受精をする 魚類は体外受精です。 つまりメスが卵を産んだ後、オスが精子を振りかけます。 水流で精子が流されてしまうこともあるため、受精効率は低いと言えるでしょう。 だから、たくさん卵を産む必要があるようです。 (6)魚類の例外 肺魚(はいぎょ) 例外を上げればきりがありませんが、代表的なのは、肺を持つ、その名も肺魚と呼ばれる魚です。 肺を持っている理由は、乾季に水が干上がった際に生き延びる手段と考えられています。 幼魚の間はえら呼吸ですが、成魚になると肺が作られます。 サメの一部 お腹の中でふ化させて、ある程度の大きさになった子を産むサメがいます。 こうした生み方は 卵胎生(らんたいせい)です。 そのため魚類ではありますが、体内受精をします。 2.両生類 両生類は、• 尻尾がない無尾目(主にカエル)• 尻尾がある有尾目(イモリとサンショウウオ) に分類されます。 (1)呼吸方法 両生類という名前は、呼吸方法の違いから付けられたのでしょう。 つまり子供の時はえら呼吸ですが、変態を繰り返し成体になると肺呼吸になります。 オタマジャクシはえら呼吸・カエルは肺呼吸 わかりやすいのがカエルです。 この点が、同じ有尾目のイモリとサンショウウオを分けるポイントです。 一部の種類を除き、基本的に親は子供の世話をしません。 そのため産卵数も多くなります。 (6)両生類の例外 ハコネサンショウウオ 基本は肺呼吸ですが、ハコネサンショウウオは肺がないので、成体になると皮膚呼吸だけになります。 アシナシイモリ 無足類と呼ばれる、ヘビまたはミミズのような外見の アシナシイモリの仲間がいます。 サイレン さらに有尾目の中には後足のないサイレンと呼ばれる仲間もいます。 3.爬虫類(はちゅうるい) 爬虫類は、• トカゲ• カメ の4種類に分かれます。 トカゲの仲間 このうちトカゲの仲間は、• ヤモリ• カメレオン• イグアナ などです。 ワニ・カメの仲間 ワニは、• アリゲーター• クロコダイル• ガビアル に分かれ、カメは• ウミガメ• リクガメ がいます。 (1)呼吸方法 爬虫類は、生まれてから死ぬまで一生肺呼吸をします。 ウミガメや水の中に潜んでいるワニも、同じく肺呼吸です。 (2)体温の変化 爬虫類も魚類や両生類と同じく、周りの気温に応じて体温が変わる 変温動物です。 そのため多くの爬虫類は冬眠します。 (3)体表面 爬虫類の体表面はさまざまですが、基本はウロコに覆われています。 ただしカメが覆われているのは、肋骨が大きく変化した甲羅です。 (4)心臓のつくり 爬虫類の心臓は中途半端です。 なぜかというと、外から血液を受ける心房は2つですが、血液を送り出す心室は不完全な壁によって2つに「分かれて」います。 そのため一部の血液は混ざってしまいます。 本によって、2心房1心室、2心房2心室、など表記が違います。 (5)繁殖方法 体内受精 爬虫類は、ふ化する時の気温で性別が決まることが多いです。 たとえば ワニは、32~33度だとオス、それ以外の温度だとメスになります。 カメも高温だとメスになるとの研究結果があり、 将来的な地球温暖化でオスがいなくなる可能性があると危惧されています。 (6)爬虫類の例外 今いる生物ではありませんが、最近の研究によれば、 恐竜は変温動物ではなく恒温動物だった、と言われています。 また羽毛が生えた化石が見つかっているため、 鳥類の直接的な祖先であると考えられています。 言い換えると「鳥類は、現代に生き残った恐竜である!」そう主張する研究者も少なくありません。 4.鳥類 鳥類の外見上共通した特徴は、前足が翼になっていることです。 (1)呼吸方法.

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〜遺伝子の使い回しによる進化的な多様化の制約〜 入江 直樹(生物科学専攻/附属生物普遍性研究機構 准教授) 上坂 将弘(生物科学専攻 博士研究員) 日下部 岳広(甲南大学理工学部生物学科・ 統合ニューロバイオロジー研究所 教授) 倉谷 滋(理化学研究所 主任研究員) 発表のポイント• 脊椎動物の基本構造が5億年以上の進化を通して変化しなかった要因として、遺伝子の使い回しから生じる制約が寄与している可能性が高いことを大規模遺伝子発現データ解析から明 らかにしました。 遺伝子の使い回しが、新しい特徴を進化させる役割があることは良く知られていましたが、逆に多様化を制限している可能性が高いことを実験データから示しました。 発表概要 我々ヒトを含む背骨をもった動物(脊椎動物、)は、5億前以上前に出現して以来、さまざまな形の姿に進化し、多様化してきました。 しかし、どの脊椎動物種も体の基本的な解剖学的特徴は数億年間の進化的多様化を通してもほとんど変わっておらず、その原因は明らかになっていません。 これまでの研究により、脊椎動物の基本構造を決定づける胚発生期が、進化を通して多様化してこなかったことに原因があると推定されてきました(発生砂時計モデル、)。 しかし、なぜその胚発生過程が進化を通して保存されるのかについては不明のまま、解明が待たれていました。 今回、東京大学大学院理学系研究科の入江直樹准教授が率いる国際共同研究グループ(EXPANDEコンソーシアム)は、脊椎動物を含む8種の脊索動物を対象に、体づくりが行われる胚発生の過程ではたらく遺伝子の情報を大規模に同定・比較解析することでこの問題に取り組みました。 得られたデータの解析によって、脊椎動物の基本構造がつくられる時期にはたらく遺伝子の多くが、その他の時期にみられるさまざまな体づくりの過程にも関わっている「使い回し遺伝子」であること、そして、使い回し遺伝子が脊椎動物進化における多様化の制約と密接に関連していることを明らかにしました。 脊椎動物の基本構造がつくられるプロセスには使い回し遺伝子が多く、それが原因で基本構造の多様化が制約されてきたというシナリオが考えられます。 本研究は、文部科学省科学研究費助成事業「発生時系列ゲノム情報展開から目指す脊索動物胚進化の一般則解明」(研究代表者:入江直樹)、新学術領域「進化制約方向性」、「脊椎動物の中枢神経系と感覚器の複雑化を可能にしたゲノム基盤の解明」(研究代表者:日下部岳広)、AMED生命動態システム科学推進拠点事業の一環で行われました。 発表内容 20m以上の巨体で優雅に海を泳ぐシロナガスクジラ、たった2g程度の体重で毎秒数十回の羽ばたきで空中を飛び回るハチドリ、左右のバランスが大きく違うカレイ、甲羅で体を守りながら生き抜いてきたカメなどなど、我々人間を含め、背骨をもった動物(脊椎動物)は5億年以上前に出現して以来、様々な体のかたちをした動物種に進化し、多様化してきました。 しかし、不思議なことにどの脊椎動物種も基本的な解剖学的特徴(注2)は共通しており、体のサイズや重量、体色が多様化してきたことなどに比べると、様々な臓器の結合関係は数億年という長い進化の歴史を通してほとんど変化がありません。 長い進化の過程で、なぜ体の基本構造がこれほど変化してこなかったのかについては明らかではありませんが、受精卵から大人の姿になるまでの胚発生過程に謎を解く鍵があるのではないかと考えられていました。 体の形を決めるのが発生過程であることに加え、胚発生過程のうち体の基本構造がつくられる器官形成期は進化を的な多様性に乏しいという法則(図1、発生砂時計モデル、注3)が知られているためです。 こうした背景から、器官形成期(砂時計モデルのくびれ部分)期の多様化を長い進化の時間を通して制約してきたしくみに注目が集まっていました。 胚発生と進化的な多様性の関係を示した発生砂時計モデル(中央)。 下から上へ発生が進み、解剖学的な体の基本構造がつくられる器官形成期(左)では、異なる動物間での多様性が少ないことを示す。 遺伝子レベルの解析で支持されてきたモデルだが、なぜこうした法則性が生じるのかは、これまで明らかではなかった。 今回の研究で、器官形成期は他の発生時期や組織でもはたらく、使い回し遺伝子が多く、それが多様化を制約してきた可能性が明らかとなった(右。 小さな丸印は遺伝子を示し、異なる発生期にも使われている同じ遺伝子は垂直の線で繋いだ)。 東京大学大学院理学系研究科の入江直樹准教授が率いる国際共同研究グループ(EXPANDEコンソーシアム)は、この問題を解くために、脊索動物門に属する8種の動物(哺乳類のマウス、鳥類のニワトリ、爬虫類のスッポン、両生類のネッタイツメガエルとアフリカツメガエル、魚類のゼブラフィッシュ、尾索類のホヤ、そして頭索類のナメクジウオ)を対象に、胚発生過程の初期から後期に渡る遺伝子の転写産物情報を超並列シーケンサーによって大規模に取得し、コンピュータを用いたデータ解析を行いました(図2)。 今回の研究で解析した動物種(左)と、それぞれの胚発生(右)。 脊椎動物にホヤとナメクジウオを合わせたものが脊索動物門。 最左は、8種の脊索動物の進化的な系統関係。 今回の研究では、これらの発生段階ではたらいている遺伝子群を大規模に調べた。 まず、異なる動物の間で遺伝子の使われ方を比べることで、進化的な多様性が低い発生過程を詳しく調べました。 これによると、胚発生のうち、脊椎動物の基本構造をつくる時期は、脊椎動物登場以来ずっと保存されてきたことが示されました。 脊椎動物は進化を通して海水や淡水、陸上など、様々な環境に適応進化してきましたが、常に器官形成期が保存されてきたというのは不思議な結果です。 また、発生過程の進化的多様性を定式化した法則性(発生砂時計モデル)が、従来考えられていた脊索動物門よりも脊椎動物亜門により明瞭に適用できることがわかりました。 このような進化の法則性の適用範囲がわかることは、動物がなぜ今のような姿をしているのかを理解する上で非常に重要なことです。 次に研究グループは、なぜ砂時計型の多様性が脊椎動物で生じるのかについて、6種の脊椎動物の器官形成期(砂時計モデルのくびれの時期)で特異的にはたらいている遺伝子群を探索しました。 この時期の胚では数多くの臓器の原基がつくられるため、この時期にだけはたらいている特異的な遺伝子が多いことが予想されました。 ところが、予想に反してこの時期に特異的にはたらいている遺伝子はむしろ少ないことが判明し、詳しく調べると、器官形成期にはたらいている遺伝子は他の発生段階でも使い回されている遺伝子群が多数を占めていることが明らかとなりました。 器官形成期にはいろいろなところで掛け持ちしながらはたらく、はたらき者の遺伝子群が集中していたのです(図3)。 特定の発生時期や組織ではたらく特異的な遺伝子(左)と、様々な組織ではたらく使い回し遺伝子(右)。 使い回し遺伝子は、様々な時期・場所ではたらく遺伝子で、脊椎動物では器官形成期にこうした遺伝子が多いことがわかった。 使い回し遺伝子が多様化を制約する詳しいしくみは複数考えられ、今後さらなる研究が期待される。 データ解析をさらに進めると、使い回し遺伝子の比率が高い発生期ほど進化的に多様性に乏しくなること、使い回しの頻度が多い遺伝子ほど生存に必須であること、他の多くの遺伝子と相互作用していること、そして使い回し遺伝子はより複雑な制御を多く受けていることなども明らかとなりました。 使い回し遺伝子は進化の多様化を制約するとした理論的な予測と合致する観察結果が得られたのです。 使い回し遺伝子は、多くの構造物を支える木造建築の支柱のようなもので、支えている構造物が多い分、欠けてしまうと試合に多大な負の影響を与えてしまう重要な存在です。 それが故に、支柱(使い回し遺伝子)は変更しにくく、結果として全体の構造物がとる形(胚発生プロセス)を大きく変えることが難しくなる(進化を通して多様化しにくくなる)といった例えができます。 ただし、使い回し遺伝子が制約をもたらす仕組みは複数考えられる他、使い回し遺伝子群がなぜ器官形成期に集積したのかはまだ不明です。 今回の結果は、遺伝子の使い回しが器官形成期の多様化を制約し、進化を通して変化しにくい脊椎動物の基本構造をつくりあげた可能性を示しています。 これまでの研究で、遺伝子の使い回しが多様化の制約とは逆の効果、すなわち新しい形質を獲得することに寄与していることは良く知られていました。 例えば、カブトムシの角では、脚を形づくるのに使われる遺伝子群が、角を形づくるのに使い回されていることが知られており、これがカブトムシの角が進化したひとつのきっかけになったと考えられています。 つまり、手持ちの遺伝子をこれまでとは違った器官や細胞で使い回すことによって、新しい姿に進化するきっかけになったのです。 爬虫類の一群から鳥類が進化する過程でも、新しい遺伝子の獲得はほとんどなかったことがわかっており、むしろ手持ちの遺伝子の使い方や組合せを変えるといった制御方法の変化が中心だったことが、ゲノムDNAの解析から明らかになっています(Seki et al. Nature Communications, 114229, 2017)。 こうした知見を踏まえると、今回の発見は「遺伝子の使い回し」が、生物の進化にとって諸刃の剣である可能性を示しています。 遺伝子をより多く使い回すことは、新しい特徴を進化させる上で重要だった一方で、多様化がその分だけ制約される、言い換えれば、進化の袋小路に入らせていくはたらきがあるのかもしれません。 動物に限らず、生物は突然変異や自然選択などを通して多様な姿に進化してきました。 しかし、四足動物では2対より多い手足を獲得した動物がいないように、それぞれの生物群ごとに表現型の多様性には限りがあり、進化は完全に変幻自在ではありません。 今回の発見は、遺伝子の使い回しがそうした制約をもたらす有力な仕組みの1つであることを示したもので、生物の進化をさらに深く理解することに貢献すると期待されます。 鳥類、哺乳類、爬虫類、両生類、魚類からなる動物群。 脊索動物門というより大きな分類群に含まれる一群で、分類群名は脊椎動物亜門。 「門」は生物分類における基本的な分類階級のひとつ。 学説によって異なるものの、動物は約35の動物門からなるとされている。 脊索動物門は、脊椎動物に加えて、ナメクジウオなどの頭索動物とホヤ類などの尾索動物をあわせたグループ。 動物門はボディプランの違いを基準に分類され、門ごとにそれぞれ異なるボディプランをもつ。 注2 体の基本的な解剖学的特徴 バウプランともいわれる。 同じ進化系統群に属する動物が共有している基本的な解剖学的特徴。 例えば脊椎動物では、脊椎、目、耳、咽頭、背側神経、心臓、肝臓、脊索、胃、生殖腺、腎臓、肛門、尾部などからなり、5億年以上の進化を通してそれらの結合関係にはほとんど変化がない。 バウプランは脊索動物門や節足動物門など、動物「門」という分類群ごとにみられる解剖学的に共通な特徴をさすこともあるが、ここではそれを特にボディプランと呼び区別する。 脊椎動物は動物門ではなく、脊椎動物亜門。 注3 発生砂時計モデル からだづくりが行われる胚発生と進化の関係性を定式化した理論で、1994年にDeniss Duboule博士によって提唱された。 ヘッケルの反復説など、従来の考えでは、発生の初期が最も多様化していない(保存された)胚段階であるとされてきたが、そうではなく、発生の途中段階が保存された胚段階であることが、近年の遺伝子発現情報の解析から明らかになった。 この保存された器官形成期に動物門ごとのボディプランが成立すると考えられている。 発生砂時計モデルは、脊椎動物以外にも昆虫を含む節足動物や、線虫、軟体動物においても成立することが報告されている他、動物とは独立に多細胞のからだを進化させた植物やキノコなどを含む菌類でも成立するとする研究報告もある。 注4 使い回し遺伝子による多様化の制約 多面拘束効果とも呼ばれる。 使い回し遺伝子が進化的な制約を生み出すメカニズムはいくつか考えられ、それらを総合した概念。 例えば、多数の生命現象に関与する遺伝子が機能異常を起こすと、関わるすべての生命現象に異常を来すため、結果として関わる生命現象そのものも進化を通した変化に乏しくなるというシナリオがある。 他にも、使い回し遺伝子の制御は頑健なので、種内での多様性がそもそも生まれにくいというシナリオもある。

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