博 士（ 地 球 環 境 科学 ）堀川 大樹

学位論文題名
SyudyonToler
anceofTardi
gradestoExtrem
eEnvironments（ クマ ムシにおける極限環境耐性に関する研究）

学位論文内容の要旨
クマ ムシ 類は 緩歩 動物 門に 属す る動 物群 の総 称であ り、 その 体長 はお 諮む ねImm以
下 で あ る 。 陸 生 の ク マ ム シ は 、周 囲の 水が なく なると 、自 らの 体内 の水 が脱 水し 、anhydrobiosisとよばれる無代謝状態に陥る。anhydrobiosis状態のクマムシは、̲2730C
か ら+151° Cの 温度 、真空 、6，000気圧、アルコールおよぴ放射線照射など、さまざまな 極限 環境 に対 する 耐性 を示 す事 が知 られ てい る。こ のような、興味深い現象にも関
わ らず 、ク マム シに おけ るanhydrobiosisや環境耐性のメカニズムにっいての知見は、きわめて少ない。この主な原因として、クマムシを人工飼育する難しさが挙げられる。
ク マム シを 実験 材料 とし て扱 い、 上述 のメ カニ ズムな どを研究するには、クマムシの人 工飼 育が 必須 であ る。 これ まで に、 数種 のク マムシ 類における飼育系が報告されてい るが 、孵 化期 間が 長す ぎた り、 飼育 に手 間が かかる など、実験動物として扱う上では 、未 だに 現実 的で ない と思 われ る。 そこ で、 本研究 では、クマムシを極限環境高等生 物の モデ ル生 物と して 発展 させ るた め、 北海 道に生 息するクマムシ類の一種であるRamazzottius varieornatusの 人工 飼育 系を 確立 し、 その 生活 史と 極限 環境 耐性を 調査した。
R． vareDrna如 sを 蒸 留 水 で 満 た し た 寒 天 培 地 上 に 入 れ 、 餌 と し て 藻 類 の 一 種〔 溺 め reHayu聊 血 を 与 え たと ころ 、個 体が 成長 し、 産卵 が確 認さ れた 。人 工飼育 環
境下におけるR．vadeDrna細sの寿命は、35土16．4日であり、孵化期間は5．7
土1．1日であ った 。R． 珊de〇rna￠usにおけるanhydrobiosisの形質は、卵、幼体、成体のすべての 発 生 ス テ ー ジ で 見 ら れ た 。 さ ら に 、 anhydrobiosis状 態 に お け る 成 体 の R．
珊de0・rna如s
は、十loo°C、・196°Cおよびacetonitr
ileの暴露に対し、高い耐性を持つ事が確認された。
次 に、 卵と 幼体の R． varieornatusの放射線耐性を評価するため、anhydrobiosis状態と 水和 状態 の個体 に対 し、重イオン(4He)線を照射し、その後の孵化率、生存率およびそ の後 の生 活史に 与え る影響を調査した。anhydrobiosis状態の卵｜ま、半致死線量(LDso)が 1434 Gyだ った のに 対し 、水 和状 態の卵 は355 Gyであ り、 両状 態の 問の 孵化率に有意な差が観察された。また、幼体では、500‑5000Gyの照射2日後の生存率が、両状態ともに、90％以上であり、きわめて高い値を示した。ところが、照射後の両状態における個体の生存期間、産卵数およぴ産仔数の値は、対照区に比べて有意に低かった。しかしながら、anhydrobiosis状態に茄いては500、1000、5000Gyで、水和状態に韜いては500、1000Gyで照射された個体が産卵した卵から、次世代の個体が孵化したのが確認できた。クマムシ類において、被照射個体から子孫が生じた事を確認したのは、本研究が初めてである。さらに、多細胞生物が5000Gyの重イオン線を照射された後に子孫を残した報告は、これまでにない。
私は、 これ まで に飼 育系が 報告されていた、他種のクマムシであるMilnesium
ぬrdigradumにっいても、放射線耐性の検証を行った。成体のMilnesiumtard珸radumに重イオン線を照射して、照射後48時間までの生存率を調べたところ、anhydrobiosis
状態およぴ水和状態の個体ともにR．珊deorna如sと同様に高い耐性を持つ事が分かった。次に、anhydrobiosis状態およぴ水和状態の幼体に、ガンマ線を照射し、その後の生存率を調査したところ、両状態とも、線量依存的に生存期間が短縮される事が確認された。全ての個体は、1000Gy以上の照射を受けた後に不妊化された。この原因としては、M：ぬrdなradumの方がR，vaガeorna￠usよりも、放射線耐性能が劣る事が考えられる。また、M．ぬrdをradumは、飼育に労カを要するため、飼育環境下における生理状態が悪化していた可能性もある。このため、兄珊de〇rnaぬsよりも、放射線照射後の産卵能が低下していたのかもしれない。
本研究により、R.vareorna￠usは、これまで報告された種類のクマムシよりも、成4
長 が 早 く 、 飼 育が 簡便 で、 f高 い極 限環境 耐性 を示 すこ とが示 され た。 今後、
R． 珊 de〇rna如 sを 極 限 環 境 生 物 学 の モデ ル 生 物 と し て 、 高 等 生 物に お け る
anhydrobi08i8や 極 限 環 境 耐 陛 の メ カ ニズ ム が 解 明 さ れ る 事 が 期 待さ れ る 。

学位論文審査の要旨
主査

教授

東正剛

副査

教授

岩熊敏夫

副査

教授

木村正人

副査 教授 桑原幹典（大学院獣医学研究科）
副査 助教授 伊藤雅道（横浜国立大学大学院環境情報研究院）

学位論文題名
SyudyonToler
anceofTardigradestoExtrem
eEnvironments（クマムシにおける極限環境耐性に関する研究）

緩 歩 動 物 ・ク マ ム シ 類は 、 環 境 の水 分 が なく なると 自ら脱 水し、anhydrobios:isと呼 ぱれる無代 謝状態 になる が、先 行研究 により 、゛anh， y｛hobi08i8状 態のクマムシは、―273℃から
十 151℃ の 温 度 、真 空 、 ア ルコ ー ル 、 6， 000気圧 な ど の 極限 環 境 を 生き 抜くこ とが知 られてい る 。 こ のよ う な 極 限環 境 耐 性 はバ ク テ リ アな ど の 単 細胞 生 物 で はい く っ か 報告 さ れ て いる も の の 、真 核 多 細 胞生 物 で は 非常 に 珍 し く、 ク マ ム シの 極 限 環 境耐 性 は 以 前か ら 注 目 さ
れ て き た 。に も か か わら ず 、 そ の生 理 メ カ ニズ ム に 関 する 知 見 は 少な い 。 申 請者 は 、 修 士
課 程 に お い て 、 そ れ ま で 最 も 一 般 的 な 研 究 材 料 の 1っ で あ っ た オ ニ ク マ ム シ 彪 Z細 畄 卿ぬ rd堵 瓰 ぬ mの 乾 燥 ・ 低 温 耐 性 を 研 究 し た経 験 か ら 、肉 食 性 ク マム シ 類 の 飼育 の 困 難 さが生 理 メ カ ニズ ム や そ の分 子 基 盤 に関 す る 研 究の 発 展 を 妨げ て い る 主要 因 と 考 え、 博 士 課 程で は 、 ま ず室 内 で も 容易 に 飼 育 可能 な ク マ ムシ の 探 索 と、 そ の 飼 育系 確 立 を 目指 し た 。 新し い 研 究 材料 の 探 索 はし ば し ぱ 数年 に わ た る長 期 研 究 を要 す る た め、 大 学 院 生と し て は り
ス ク の 大 きい 決 断 で あっ た が 、 申請 者 は こ れま で の ク マム シ 類 に 比べ る と 格 段に 飼 育 が 容易 で 成 長 速 度 も 速 い 材 料 の 発 見 に 成 功 し て い る 。 こ の 研 究 成 果 は 2006年 に NASA宇 宙 生物 学研 究 所 （ N． 組） で 開 催 され た 宇 宙 生物 学 会 で 注目 さ れ 、 ポス タ ー大 賞（被 推薦候 補者50名中第 二位） を受賞 してい る。
論 文 で は 、ま ず 、 新しい 研究材 料であ る励m丑 z勿飽轟 蕗瑠r轟 淞閉ヨ ￠珊の 飼育系に ついて記して いる。 丑瑠r轟惣閉aぬsを蒸留水で満たした寒天培地に入れ、藻類C恐′D．re．ぬwヱ鬱r嵒
を 餌 と し て与 え た と ころ 、 個 体 が成 長 し 、 産卵 が 確 認 され た 。 こ の飼 育 条 件 下で の 孵 化 まで の平 均 日 数 は5．7土 SD1． 1日 、 平 均 寿命 は 35土SD16．4日で あ っ た 。卵、 幼体、 成体の全て のス テ ー ジ でanhydrobめ8ぬが み ら れ 、成 体 に な るま で の 期 間が こ れま での主 な研究 材料―1291―

であったオニクマムシなどよりかなり短く、このクマムシが環境耐性の実験に非常に適していることを示している。
次に 、anlッdrobi08
血 状態の 丑他面Bn
閉 ヨぬ鱈成体が、−196℃から十100℃の温度とacetonitrneへの暴露に耐性を示すことを観察している。また、水和状態とanhy
drobi匸喝ぬ状態の卵と幼体に重イオン（4He）線を照射し、その後の孵化率、生存率およぴ生活史に及ぽす影響を観察した。その結果、卵のLD60（半致死量）はanhydrobi08ね状態で1434（お、水和状態で355Gyであり、有意な差が検出された。幼体に500．5000Gyを照射したところ、2日後の生 存率が 両状態ともに90％を越えた。生存期間、産卵数および産仔数はコントロールである非照射個体よりも有意に低かったものの、生まれた卵のいくっかは孵化し、生き続けたことが確認された。
さ ら に 従 来 の 研 究 材 料 で あ る オ ニ ク マム シ に つい て も 放射 線 耐 性 を検 証 し た。
anhydrobi088状 態と水和 状態の 成体に重 イオン線を48時間照射したところ、いずれも兄髄面触聞a￠珊と同じように高い生存率を示した。しかし、ッ線をanhydrobi08ね状態と水和状態の幼体に照射したところ、両状態とも線量依存的に生存期間が短縮され、1000Gy
以上照射されると、全個体が不妊化した。この結果は、丑偬面卿ロ丑￠珊よりもオニクマムシで放射線耐性能が劣ることを示唆している。
以上の結果は、クマムシの放射線耐性が成長ステージ間および種間で異なることを初めて定量的に明らかにしている。特に、5000Gyもの多量の重イオンを照射された多細胞生物が子孫を残すという報告は、これまでの常識を覆すものであり、非常にオリジナリティーの高い研究成果として評価できる。また、盈珊ぬ的閉日f
珊の飼育系を確立したことにより、多細胞生物における極限環境耐性の生理メカニズムやそれに関わる遺伝子群の研究を大きく発展させる可能性がある。このクマムシは有性生殖だけでなく無性生殖によっても増殖する ことから 、ゲノ ム解読に 適して いると思 われ、実際、NAS
A宇宙生物学研究所の研究者から共同研究によるモデル生物化の申し出を受けている。
審査委員一同は、これらの成果を高く評価し、また研究者として誠実かつ熱心であり、大学院博士課程における研鑽や修得単位などもあわせて、申請者が博士（地球環境科学）の学位を受けるのに充分な資格を有するものと判定した。

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