⼤問３ [プレゼン・資料に対する論述問題] 解説
クマムシの⽣態問題1
クマムシ種の乾燥耐性の程度はその種の⽣息環境と密接な関係がある。次のクマムシ種（Ａ-Ｄ）の⽣息環境として可能性があるものを写真１-６からそれぞれすべて選べ。
Ａ種：⾼い乾燥耐性を⽰す
Ｂ種：中程度の乾燥耐性を⽰す
Ｃ種：低い乾燥耐性を⽰す
Ｄ種：乾燥耐性が無い

写真１

写真４

写真２

写真５

写真３

写真６

写真 1: 砂漠の砂中 / 年間降⾬量 100 mm / ⽣物なし
写真 2: 海底 / ⽔深 5 メートル / フジツボ、藻類、微⼩動物
写真 3: 陸地のアスファルト表⾯ / 年間降⾬量 600 mm / コケ類、藻類、微⼩動物
写真 4: 陸地の岩⽯表⾯ / 年間降⾬量 1000 mm / コケ類、藻類、微⼩動物
写真 5: 沼地の⽔底 / ⽔深 30 cm / 落ち葉の堆積物、藻類、微⼩動物
写真 6: 森林の⼟中 / 深度 10 cm / 落ち葉の堆積物、藻類、微⼩動物

解説

Ａ種：⾼い乾燥耐性を⽰す
乾燥した⽣息環境である写真１、写真３、写真４が候補となるが、餌を⾷べないとクマムシは⽣息できないので、⽣物のいない写真１は除外される。よって答えは写真３、写真４となる。
Ｂ種：中程度の乾燥耐性を⽰す
写真１や写真３よりは乾燥の程度が低い環境である写真６が適切である。
Ｃ種：低い乾燥耐性を⽰す
乾燥耐性が全くないわけではないため、稀に乾燥する沼地環境（写真５）が最も適切な⽣息環境として予想される。
Ｄ種：乾燥耐性が無い
乾燥状態になることがない環境での⽣息が予想されるため、写真２が適切である。

クマムシの中には、乾燥の他に、凍結や熱ショック、さらに⾼線量の放射線照射に耐性を⽰すものもいる。以下に、それぞれのクマムシ種における各ストレスへの耐性の度合いを⽰す。
⽣息地の気候区分

⽣息環境

乾燥耐性

熱ショック耐性

凍結耐性

放射線耐性

Ｅ種

寒帯

沼地の⽔底無し

無し

低い無し

Ｆ種

寒帯

陸地の岩場

⾼い

⾼い

⾼い⾼いＧ種寒帯

陸地の⼟壌低い

低い

⾼い

低い

Ｈ種

温帯

沼地の⽔底無し

無し

無し

無し

Ｉ種

温帯

陸地の岩場

⾼い

⾼い

⾼い

⾼い

Ｊ種

温帯

陸地の⼟壌低い

低い

低い

低い

Ｋ種

熱帯

沼地の⽔底無し

低い無し

無し

Ｌ種

熱帯

陸地の岩場

⾼い

⾼い

⾼い

⾼い

Ｍ種

熱帯

陸地の⼟壌低い

無し

低い

低い

問題2
それぞれのクマムシ種における各ストレスに対する耐性の度合いから、クマムシにおける耐性について読み取れることを環境適応や進化の観点から論述せよ。
解説

⽣息地の気候区分に限らず、厳しい乾燥（岩場）に⽣息するクマムシ種ほど乾燥耐性、熱ショック耐性、凍結耐性、放射線耐性が向上している。このことから、クマムシでは乾燥耐性の獲得がそのほかのストレス耐性の向上に貢献することがうかがえる。また凍結耐性については、乾燥に加えて寒冷な気候への適応で向上することがわかる。ポイントとしては、気候関係なく乾燥が鍵・乾燥が他の耐性を上げる点と、凍結は気候に関係している点である。

クマムシゲノムの議論2015年、ナショナルジオグラフィックのニュースはとある科学論⽂Aに基づき、「クマムシには全体の17.5％にも相当する⼤量の外来DNAが含まれている」「さまざまな⽣物のDNAをミックス」とクマムシが衝撃のDNA構成を持っていることを報じた。つまりクマムシは様々な⽣物から⼤量の⽔平伝播によって遺伝情報を獲得し、驚異の耐性機構を獲得したのではないかという仮説である。

このニュースが参考にした科学論⽂Aの内容が以下であったと仮定する。
・・・
・・・

クマムシＮ種の体細胞数は1,000程度で、ゲノムサイズは200 Mbpと推定されている。
クマムシは苔ごと野外から採集された。
採集した⽇に苔へ光を当てて負の⾛光性を利⽤してクマムシをビーカーに回収した。
ビーカー底に溜まったクマムシからそのままゲノムDNAを抽出した。
約11 µgのゲノムDNAをシーケンスに⽤いた。
⽔平伝播と考えられた外来DNAの9割はバクテリアの全⻑ゲノム配列や植物、カビ、ウイルスなどのゲノム断⽚配列に由来していた。
・ ⼀般的な動物の⽔平伝播は2%程度であり、また他種クマムシゲノムのシーケンス情報はない。
bp：塩基対
単位：Mbp = 1 x 106塩基対、µg = 1 x 10-6g

問題3（1）
科学論⽂Aの内容を踏まえ、「全てのクマムシが⼤量の⽔平伝播によって耐性能⼒を獲得した」という主張が成り⽴つかどうか、・ シーケンスに⽤いられたクマムシの個体数
・ 実験⼿法・ ⽔平伝播の特徴を踏まえながら論理的に記述せよ。
なおアボガドロ定数は6.0×1023とし、1塩基対の平均分⼦量は660とする。
解説（クマムシの個体数）
6.0×1023 bp (塩基対)が660 gであるので、シーケンスに⽤いた11 µgのゲノムDNA量は6.0×1023 bp × (11µg/660g) =6.0×1023 bp × (11µg/660000000µg) =6.0×1016 bp × (1µg/6µg) = 1.0×1016 bpより1.0×1016 bpとなる。
クマムシのゲノムサイズは200 Mbpなので、1.0×1016 bp ÷ 200 Mbp/細胞（2.0×108 bp/細胞）= 50,000,000 細胞

となり、シーケンスには50,000,000 細胞⽤いたことになる。
さらにクマムシの細胞数が1,000個であることから、50,000,000 ÷ 1,000 = 50,00050,000個体のクマムシを⽤いたことになる。
（実験⼿法）
野外からサンプリングして来たクマムシ複数個体からゲノムDNAをそのまま抽出していることから、環境中の余計なDNAが付着している可能性がある。
（⽔平伝播）
バクテリア全⻑配列がまるごと⽔平伝播することはない。
以上より、⽔平伝播と結論づけるのは困難である。

問題3（2）
別の研究グループが別の⼿法でクマムシＮ種のゲノムをシーケンスしたところ、科学論⽂Aで⽔平伝播と報告されている以下の配列が検出されなかった。以下の配列情報をもとに、この研究グループがどのような論拠で⽔平伝播を否定したのか、改良した実験⼿法を具体的に類推しながら記述せよ。
解説

配列1のBLAST検索

Thermosinus carboxydivorans Nor1というバクテリアにトップヒットする。

配列2のBLAST検索

Chitinophaga pinensis DSM 2588というバクテリアにトップヒットする。
今回の実験⼿法で検出されなかった⽔平伝播由来とされていた配列はどちらもバクテリア由来のものであった。このことから、科学論⽂Aではバクテリアが混ざってしまっていただけで、⽔平伝播ではなかった可能性が考えられる。バクテ
リアを除去するためには、クマムシの洗浄、顕微鏡観察、抗⽣物質での除去などの⽅法が想定される。

配列１（補⾜資料1）：
TGGAACACACCTTCGACGGTTGGCTCCTTGCGGTTACCCCACCGGCTTCGGGTGCTCTCGACTCTCGTGG
TGTGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCAGCATGCTGATCTGCGATTACTAGCGATTCCGACTTCACGCAGGCGAGTTGCAGCCTGCGATCCGAACTGAGAGCTTGTTTTTGGGGTTCGCTCTGC
CTCGCGGCTTCGCATGCCCTCTATTTAAGCCCATTGTAGTACGTGTGTAGCCCAGGACATAAGGGGCATGATGACTTGACGTCATCCCCACCTTCCTCCGCATTGTCTGCGGCAGTCTCCCTTGAGTCCCCACCATAACG
TGCTGGCAACAAGGGATAAGGGTTGCGCTCGTTGCGGGACTTAACCCAACATCTCACGACACGAGCTGACGACAGCCATGCACCACCTGTCTTCGGGTCTTGCCCTAAGGCAAGACGCGACTATCTCTAGCCGCTTCCCTCGATGTCAAGCCCTGGTAAGGTTCTTCGCGTTGSGTCGAATTAAACCRCATACTCCACCGCTTGTGCGGGCCCCCGTCAATTCCTTTGAGTTTCAGCCTTGCGGCCGTACTCCCCAGGCGGGGTACTTATTGCGTTAACT
CCGGCACAGAAGGATTGGTTACCTCCCACACCTAGTACCCATCGTTTACGGCCAGGACTACCGGGGTATCTAATCCCGTTCGCTCCCCTGGCTTTCGCGCCTCAGCGTCAGACACAGTCCAAAAAGCCGCCTTCGCCACT
GGTGTTCCTCCCGATATCTACGCATTTCACCGCTACACCGGGAATTCCACTTTCCTCTCCTGCACTCAAG
AACGTCAGTTTCCATCCCATACCAGGGTTGAGCCCAGGCCTTTTAAGATGGACTTGACGTCCCGCCTACGCGCGCTTCGCGCCCAATAATTCCGGG

配列２（補⾜資料2）：AGAGTTTGATCCTGGCTCAGGATGAACGCTAGCGGCAGGCCTAATACATGCAAGTCGAGGGGCAGCGCAGGTAGCAATACTGGGCGGCGACCGGCAAACGGGTGCGGAACACGTACGTAACCTTCCTCTAAATGGAGCATAGCCCGAAGAAATTCGGATTAATACTCCATAAGATTGTGGAGTGGCATCACTCAGCAATTAAAGAATTTCGTTTAGAGATGGGCGTGCGGCTGATTAGGTAGTTGGTGAGGTAACGGCTCACCAAGCCGACGATCAGTAACTGGCGTGAGAGCGCGACCAGTCACACGGGCACTGAGACACGGGCCCGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTAAGGAATATTGGTCAATGGACGCAAGTCTGAACCAGCCATGCCGCGTGAAGGATGAAGGTCCTCTGGATTGTAAACTTCTTTTATGTGGGAAGAAACCACTCCTTTCTAGGGGTGTTGACGGTACCATAGGAATAAGCACC
GGCTAACTCCGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGGAGGGTGCAAGCGTTATCCGGATTCACTGGGTTTAAA
GGGTGCGTAGGCGGGTCAGTAAGTCCGTGGTGAAATCTCCAAGCTTAACTTGGAAACTGCCGTGGATACTATTGACCTTGAATGTTGTGGAGGTTAGCGGAATATGTCATGTAGCGGTGAAATGCTTAGATATGACATAG
AACACCAATTGCGAAGGCAGCTGGCTACACAAATATTGACGCTGAGGCACGAAAGCGTGGGGATCAAACA
GGATTAGATACCCTGGTAGTCCACGCCCTAAACGATGATTACTCGACATTTGCGATATACAGTAAGTGTCTGAGCGAAAGCATTAAGTAATCCACCTGGGAAGTACGACCGCAAGGTTGAAACTCAAAGGAATTGACGGG
GGTCCGCACAAGCGGTGGAGCATGTGGTTTAATTCGATGATACGCGAGGAACCTTACCTGGGCTAGAATG
CTGGTGGCCCGATCCTGAAAGGGATCTTTGTAGCAATACACCGCCAGTAAGGTGCTGCATGGCTGTCGTCAGCTCGTGCCGTGAGGTGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCCTATCTTTAGTTGCCAACAGGTTAAGCTGGGAACTCTAAAGAAACTGCCGTCGTAAGACGCGAGGAAGGAGGGGATGATGTCAAGTCATCATGGCCTTTATGCCCAGGGCTACACACGTGCTACAATGGTAGGAACAAAGGGCTGCTACCTGGTAACAGGATGCTAATCTCAAAAATCCTATCTCAGTTCGAATTGAGGGCTGCAACTCGCCCTCATGAAGCTGGAATCGCTAGTAATCGTATATCAGCAATGATACGGTGAATACGTTCCCGGACCTTGTACACACCGCCCGTCAAGCCATGAAAGCCGGGGGGACCTGAAGTCGGTAACCGTAAGGAACCGCCTAGGGTAAAATCGGTAATTGGGGCTAAGTCGTAACAAGGTAGCCGTATCGGAAGGTGCGGCTGGAATACCT

耐性能⼒の分⼦機構

問題4（1）
乾眠前後でクマムシＲ種とＨ種の発現変動した遺伝⼦数は⼤幅に異なり、クマムシＨ種が圧倒的に多かった。なぜこのような違いが起きたと考えられるか、クマムシＲ・Ｈ種それぞれの体内で起きている現象を可能な限り類推して記述せよ。
解説

乾眠前後で遺伝⼦発現が変動していることから、これらには少なくとも乾眠に関わる遺伝⼦が含まれている可能性が考えられる。⼆種間でこの変動数が異なる理由としては、通常状態からいつでも乾眠状態に移⾏できるように体内の準備を整えているためと考えられる。

問題4（2）
コメットアッセイでタンパク質をよく溶かした時にDNAの断⽚化が観察された理由を類推して具体的に述べよ。
解説

DNA結合タンパク質が保護していたため、すでに分解されているDNAすら観察されなかった。