2009年02月12日
セロトニンが突然変異を引き起こす？
セロトニンという物質を知っていますか？ 
セロトニンは分泌を増すことで、ノルアドレナリンの不快感を抑えてくれます。
出すぎているノルアドレナリンの量を減らす働きがあるため、ストレスがたまっているときに温泉に入ったりすると「あ～」と強く癒されるのは、セロトニンが増え、高まっていたノルアドレナリンが一気に減らされるためです。
また、セロトニンは出すぎたドーパミンを減らす働きも持っています。そのため、強まった快感が弱まり、落ち着くことで、「もう満足」と行動にブレーキがかかります。
セロトニン神経がしっかりしている限りは、不安が不安として意識されず、恐怖も感じられない。
ところが、セロトニンが不足したり、傷害されると、不安や恐怖を克服させるものがなくなり、他人では考えられないようなちょっとした苦しみや失敗で自殺したりするようになる、感情にブレーキがかからず、快楽行為が止められなくなる、といわれています。
★驚異のセロトニン★
ところでこのセロトニンが、ある昆虫を突如大群に発生させるスイッチホルモンとして働いていることが最近の研究で明らかにされました。 
その昆虫とはバッタです。
中国のトノサマバッタの大量発生とその広大な被害が有名です。中国ではこの現象を蝗害（こうがい） 
と呼びます。 そもそも【蝗】の字は農作物を襲う蝗の惨害をどう防ぐか、救うかに「皇」帝の命がかかっているというので虫へんに皇と書くとする説があるほどで、政治と蝗害は密接に関わってきたといわれています。
ところでこの大量発生の生物学的メカニズムは、普段の「孤独相」と呼ばれる体から、 「群生相」と呼ばれる移動に適した体に変化する相変異（＝突然変異）によるものといわれています。
現象的には食糧不足などの環境の変化にともない、孤独相⇒集団化（群れる）することが知られていますが、生物学的変化が起こる仕組みについては専門家の中でも答えの出ない領域でした。
それが今回、英国の専門家チームによる研究でその仕組みが解明されました。
英国の専門家チームは、バッタが孤独相から群生相に相転換するのは、脳内の神経伝達物質セロトニンが原因であることを突き止めた。29日の米科学誌「サイエンス（Science）」で発表された。バッタの後ろ脚をくすぐると、2時間後、そのバッタは、作物を食い尽くす巨大な群れを構成する一員となる準備が整う。これは、脚をくすぐって刺激するのは、通常1匹で行動するバッタが、食糧不足のために集団にならざるを得ない状況でぶつかり合うのと同じ状況を作り出すことになるためだが、研究者らは群れを作る理由は分かってはいたものの、急激な生物学的変化が起こる仕組みについては 90年間 も頭を悩ませていた。
研究論文の共同執筆者、ケンブリッジ大学（Cambridge University）のSwidbert Ott氏は、「セロトニンは脳内の化学物質で、人間の行動や他者とのかかわりに大きく影響を及ぼすものだが、これと同じ化学物質が、内気で孤独を好む昆虫を大集団に団結させるのを知るのは驚きだ」と語った。
研究結果によると、セロトニンが、個々のバッタを敵対関係から引きつけ合うように変えるという。また、群生相のバッタのセロトニン水準は孤独相のバッタより3倍高いことも判明した。
いったん群生相に相転換すると、緑色だったバッタは鮮やかな黄色に変わり、筋肉も増強して長時間の飛行や仲間の活動的な捜索が可能となる。数十億匹規模の大集団となって、餌を探して約100キロメートルの距離を5-8時間飛ぶこともできるという。だが、孤独相のバッタにセロトニンの生成を抑制する物質を注入すると、そのバッタは落ち着いたままで、後ろ脚を刺激したり群れが現れても群生相には転換しなかった。一方、セロトニンの分泌を刺激する物質を注入されたバッタは、きっかけとなる刺激がなくても群生相へと変形したという。
孤独相から群生相に移り変わるだけでなく、体力も3倍程度にまで上昇 
するとは驚きです。
そしてこの変化のスイッチを入れるのがセロトニン物質にあると解明されました。
冒頭に紹介したセロトニンの効果との関連を考えると、集団化による安心感（不安捨象？）が肉体改造まで一気に引き起こすのではないでしょうか。
しかし3倍という上昇は遺伝子を組み替えるなどの突然変異が短期間の中で行われない限り実現されるオーダーではありません。
安定の機構を担っているDNAも突然変異を起こすリスクと可能性と紙一重なのだと思います。
- by chai-nom
- at 20:16
comments
chai-nomさん、こんにちは。
先日、新聞記事でこのことを知り、僕も興味を持って、ネットでいろいろと調べました。
幼虫の後ろ足の「太もも？」の部分を2時間刺激し続けると、群生相へ転換するそうです。
ぜひ、今年、試してみたいです。
chai-nomさんの記事にあった「相変異＝突然変異」というところが、少し気になりました。
僕は、群生相は、再び、孤立相に戻ることができ、主として野形質が変化するわけではないので、相変異と突然変異は異なるものだと理解していました。
（僕の間違いなら、すみません）
孤独相から群生相への転換は、数世代をかけて進むそうです。
ということは、「スイッチが入った」という情報が遺伝するのだと思います。
塩基配列が変化しないとすると、メチル化などのエピジェネティックな情報が変化し、その結果として、遺伝子の発現パターンが変化するのではないかと予想しているのですが、実際のところはどうなのでしょうか？
次世代に伝わる仕組みについては、調べても、よく分かりませんでした。
ご存知の方がいらっしゃいましたら、教えてください。
相変異は、環境応答によって形質が劇的に変わる現象ですので、何か面白いものが潜んでいる気がします。
KAMさんはじめまして。コメントいただきありがとうございます。
＞ぜひ、今年、試してみたいです。
それは楽しみです。ぜひ結果を紹介いただければと思います。
＞相変異と突然変異は異なるものだと理解していました。
ご指摘ありがとうございます。変異については、環境変異(environmental variation)や突然変異(mutation)や相変異(phase variation)などの大きく分類されるようですね。http://soudan1.biglobe.ne.jp/qa2643165.html
今回のケースは1世代で変化をもたらしているという報告ですので、相変異(phase variation)が正しい定義だと思います。
いずれにしてもこのような大きな肉体変化が生まれることは興味深いですね。
そして今回の研究ではそのきっかけがセロトニンにあると発表されています。
ここからは少し私見ですが、孤独相の状態こそある本能が抑制されているのかな？と思いました。
というのも以前「原始生命と群れ【仮説】」http://www.biological-j.net/blog/2008/07/000519.htmlという記事が投稿されており、不完全な状態⇒群れるというのは生物の最も根源的な機能としてDNAに刻印されていると思います。実際人類の祖先であるサルが群れを作り出すようになったのも、大きな環境変化により、オキシトシンというセロトニンと同じような物質を大量に分泌することで群れを作ることを可能にしたといわれています。
＞相変異は、環境応答によって形質が劇的に変わる現象ですので、何か面白いものが潜んでいる気がします。
生物は常に「安定と変異」の2つの異なったベクトルを内在しているのが面白いところで、安定だけに拘りすぎると硬直になってしまい適応できません。
そういう意味でも、phase variation／environmental variationを作り出していくことが生物の適応度を図る指針になるようにも思いました。
chai-nomさんへ
「原始生命と群れ【仮説】」を拝見しました。
生物個体を独立したものとして捉えるのではなく、
不完全なもの＝外部に開かれているものとして捉えていて、それを群れることの原因としている見方が面白かったです。
>生物は常に「安定と変異」の2つの異なったベクトルを内在しているのが面白いところで、安定だけに拘りすぎると硬直になってしまい適応できません
同感です。この相矛盾する２つを抱えている点にこそ、生きている状態の本質があるように思います。
僕は、生物が「ある行動パターン」にしたがいつつ、その行動パターンが袋小路に入ると、その行動パターンから抜け出し、別の行動パターンに移ることができる仕組みにとても興味があります。
これは、遺伝子レベルの話だけでなく、コメツキムシが足をじたばたする行動パターンから、あるところで抜け出して、パチンとはねるといったことも、同様の現象だと捉えています。
多くの場合、飢餓などの生存にかかわるストレスが閾値を超えると、いままでのやり方をあきらめて、新たな可能性を探るように見えます。
トランスポゾンによる突然変異は「一か八か」というように見えますし、相変異はプログラムとして折込済みであるように見えます。
ここから先は仮説です。
この２つが元をたどれば同じものだとします。
相変異の場合
①環境への応答として、メチル化がはずれるなど、エピジェネティックな変化が起こる。
②遺伝子の転写パターンが変化し、形質が変化する。
③環境が変化し、それに応答し、エピジェネティックな変化が元に戻る。
④形質が元に戻る。
環境変異の場合
①②は共通
③メチル化がはずれていることによってトランスポゾンが動き、DNAが変化する。
④元に戻らなくなる。
----仮説ここまで----
相変異が、DNAの変化なのか、エピジェネティックな変化による転写パターンの変化なのかが知りたいです。
もし、エピジェネティックな変化だとすると、DNAの変化がなくても、形質を大きく変化させることが可能だということになりますので、DNAの変化は、その変化を不可逆にする役割を果たしているだけという場合もあるかもしれないと思っています。
相変異のメカニズム（セロトニン濃度が上昇した後、どのように形質変化につながるか）の解明が、進化のメカニズムの解明に役立つかもしれないと思い、今後の解明に期待しています。
『飛蝗』と呼ばれる蝗ですが、セロトニンが原因だったのですね。これは素晴らしい発見です。ジキルとハイドのように、同じバッタが、突然筋肉増強剤を打たれたかのように変化し、色まで変わり、草と言う草を食べつくして、人間の脅威となってきたのでしたが、その原因が一部ではありますが、解明された訳ですね。
＞多くの場合、飢餓などの生存にかかわるストレスが閾値を超えると、いままでのやり方をあきらめて、新たな可能性を探るように見えます。（KAMさん）
この考察も説得力があります。
門外漢、大いに興味を持ちました。
KAMさん、コメントありがとうございます。
＞もし、エピジェネティックな変化だとすると、DNAの変化がなくても、形質を大きく変化させることが可能だということになりますので、DNAの変化は、その変化を不可逆にする役割を果たしているだけという場合もあるかもしれないと思っています。
最近の投稿でも、「ＤＮＡ情報の発現制御システムは、置かれた外圧状況によって違ったタンパク質をつくることができる仕組みになっているのだと考えられる。」 http://www.biological-j.net/blog/2009/02/000675.html
というように、ＤＮＡ→ｍＲＮＡ→タンパク質の形成プロセスでは、一つの遺伝子から一つのタンパク質がつくられると思われがちだが、実は違っていて、一つの遺伝子から多様なタンパク質がつくられることが発見されています。
おそらく、タンパク質の多様さは、ノンコーディング領域におけるＤＮＡ情報の発現制御システムの高度さに拠っている、という考察も注目されます。
DNAの変化がなくても、形質を大きく変化させることが可能であるとおもいます。
＞DNAの変化は、その変化を不可逆にする役割を果たしているだけ
という意見は大変興味深いです。生物進化は常に「塗り重ね」です。40億の生命史が現代の私たちにも受け継がれていると考えると感慨深いものがあります。不可逆にすること＝一発逆転で過去をリセットして進化が始まることはありえないということを示していると思います。
アヨアン・イゴカーさん はじめまして。コメントありがとうございます。
芸術の森のＨＰ拝見させていただきました。
音楽などの芸術に関する記事が豊富にありますね。わたしもごくたまにバッハを聞きます。
音楽の捧げもの、シャコンヌなどを聞いていると落ち着きます。
ところで生物と音楽の接点として、「サイエンスオペラ」という記事が生命誌研究館http://www.brh.co.jp/seimeishi/is/no08.htmlというＨＰに掲載されていました。
興味深いですね。
＞この考察も説得力があります。門外漢、大いに興味を持ちました。
わたしも同感です。KAMさんのこのコメント、現代社会にも通じるものだと思います。