生物学のパラダイムシフトを象徴する「ホロビオンツ」のアイデア

生物学のパラダイムシフトを象徴する「ホロビオンツ」のアイデア

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2023年6月15日（木）午前2時37分 GMT+9-15 min read
"人間の細胞はいくつあるのでしょうか？" まるでオタク系パブクイズの問題のようだ。しかし、これは哲学的な問いかけでもあります。その答えのひとつは、約37兆個。これは、体重70kgの一般的な成人において、その人間を誕生させた受精卵からの子孫をたどる数である。
しかし、別の見方をすれば、そのおよそ2倍の数字になる。口、腸、皮膚、肺など、人体のあらゆる表面、あらゆる場所に存在する古細菌、細菌、真菌、原生生物などの細胞も含まれます。これらの細胞は、人の体重の約0.3%にしかなりません。しかし、全体として、人間の「正常な」細胞よりもはるかに小さいため、その数はほぼ同じです。
人間がこのようなマイクロバイオームを持っていることは、ニュースではありません。また、余分な細胞の中には、単なる乗客のようなものもあれば、積極的に利益をもたらすものもあるのです。共生という考え方は、19世紀までさかのぼります。しかし、当初はごく限られたケースに過ぎなかったものが、次第に増え、今ではほとんどすべての多細胞生物、さらには一部の単細胞生物にさえ共生者がいることが明らかになっています。
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このことは、ある生物学者にとって、科学者が世界を見るための新しい方法である「パラダイムシフト」の機が熟していることを示唆している。植物や動物が「マイクロバイオームを持っている」という古い考え方から脱却し、両者は互いに協調して進化するメタオーガニズムの一部に過ぎないという考え方に切り替えるのです。そして、このような共同体の生き物を「ホロビオンツ」と呼ぶことにしました。
ホリスティックな考え方
この考え方の信奉者の一人が、1月にオープンしたロンドンのインペリアル・カレッジにあるホロビオント研究所（Leverhulme Centre for the Holobiont）の所長、トーマス・ベルである。パラダイムシフトにはさまざまな原因があります。しかし、今回のケースでバランスを崩すのに役立ったのが、メタゲノミクスと呼ばれる技術である。ベル博士らは、この技術を既知のホロビオントや潜在的なホロビオントに幅広く適用する予定である。
メタゲノミクスは、土壌、水、腐葉土、植物や動物の一部など、サンプルに含まれるあらゆるもののゲノムを同時に解析する。メタゲノム解析は、土壌、水、葉っぱ、植物や動物をつぶしたものなど、サンプルに含まれるあらゆるもののゲノムを同時に解析する。実験室で培養できる虫はほとんどいないため、事実上、多くの虫は科学の目に触れることがなかったのです。しかし、最近では、どんな生物の抽出物でも、メタゲノミクスにかけることができるようになった。

ベル博士と彼の同僚は、特に昆虫、両生類、植物に注目しています。真核生物であること、つまり細胞にはちゃんとした核があり、小器官と呼ばれる複雑な構造物を含んでいることに加えて、これらの生物は進化的に見ればほとんど共通点がない。それぞれのグループは、個々の生物としてではなく、ホロビオンとして観察することで新たな発見があるため、研究対象として選ばれた。
昆虫では、まずキクイムシとミツバチが研究対象になっています。キクイムシがホロビオントであることは、真菌の胞子を運ぶ菌糸体という特殊な構造を持つものがいることで強調される。胞子は菌糸と呼ばれる細い蔓を伸ばし、木材を消化することができる。その結果、カブトムシが代謝できる栄養素が放出されるのです。しかし、これらの菌類（オランダ・ニレ病が有名）が手に負えなくなると、森林全体が壊滅的な打撃を受ける可能性があります。
一方、ミツバチは重要な花粉媒介者であり、ミツバチが訪れる花を通して微生物が交換される可能性がある。また、ミツバチの中には、殺虫剤の使用によってストレスを受けている兆候を示す個体もあります。ベル博士の同僚の何人かは、この原因がホロビオントの動物部分ではなく、むしろ微生物部分にあるのではないかと考えている。
両生類は、人間によってアジアから持ち込まれたツボカビによって、その多くが絶滅の危機に瀕しているからだ。ロンドン動物園の研究者とともに、当センターの科学者は両生類の皮膚マイクロバイオームの多様性を研究し、この多様性がツボカビ感染に対する免疫力を与えるかどうかを調べています。
植物の多くは、根に付着した、あるいは根を貫通した細菌や真菌の「根圏」を伴っているため、同センターの研究対象になっている。根圏の生化学的経路は、ホロビオント全体が利用できる栄養素の範囲を拡大する。根圏は、ホロビオントの植物成分によって合成された炭水化物やその他の栄養素によって維持されています。
有益な同盟関係
ベル博士の研究により、ホロビオントが意味のあるカテゴリーであるという考え方が浸透しつつあります（図参照）。しかし、ホロビオントが完全に受け入れられるためには、ホロビオントを分離して定義する必要がある。スワースモア大学の発生生物学者スコット・ギルバート氏は、「この概念（ホロビオン）は、発生時に本質的な同一性が生じ、免疫系によって維持され、進化によって選択される単為生物の個体という概念に挑戦し、それに取って代わることを目指す」と述べている。というのは大きな主張です。
一つの障害となり得るのは、個体の連続性である。従来から分類されている生物では、親と子のつながりは明確である。しかし、ホロビオントと思われる生物は、そうではない可能性がある。ホロビオントは、1個の受精卵から成長するのではなく、組み立てなければならないのです。その構成要素は、親と子の間で受け継がれることもあります。例えば、人間は生まれながらにして腸内にいくつかの微生物を持っています。また、出産という面倒なプロセスの中で、母親の母乳からさらに多くの微生物を取り込む。このような状況では、ホロビオントのさまざまな構成要素が共進化して、ひとつの機能的なユニットになることは容易に想像がつくだろう。
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