この滑りやすく捉えにくい粘液が、どうして科学にとってそれほど重要なのでしょうか?

リヴァイアサンプレス:

『マトリックス』では、主人公のネオが機械とプログラムの「夢」から目覚め、現実世界に戻ったことを示すために、目覚めた後に最初に発見するのは、現実世界が粘液で満たされていることです。

© ジフィー

このベタベタした感触は誰も好まないでしょう（嫌悪感さえ感じるかもしれません）が、それでも私たちは「粘液の本質とは何なのか」と問わなければなりません。なぜ生物界ではそれが一般的なのでしょうか?液体と固体の両方の特性を持つことの意味は何でしょうか?

たとえば、私たちの鼻と副鼻腔は常に粘着性の粘液で満たされていますが、それには十分な理由があります。鼻の主な機能はもちろんきれいな空気を吸い込むことですが、フィルターとして機能し、空気からできるだけ多くの汚染物質を除去する必要があります。私たちが日常生活で咳をしたり鼻水を流したりすると、体から粘液が排出されますが、これは実は外部の刺激物や病原体を排出するための呼吸器の正常な反応です。

カリフォルニア州モロベイの天気は素晴らしく、海岸線は絵のように美しく、野生動物はまるでディズニー映画から飛び出してきたかのようです。ラッコは波打ち際で子ラッコと戯れ、サギは浜辺で日光浴をし、アザラシは太陽の下でふっくらとしたお腹をさらします。

しかし、モロ ベイの静けさの中には、サルトルの悪夢に出てくる生き物のようにぬるぬるして滑りやすい、H.P. ラヴクラフトの作品から飛び出してきたような怪物が潜んでいる。これ以上にエイリアンらしいものはない。ハートが二つ？頭から触手が生えてる？牙が4列？顔に笑みが浮かんでいますか？しかし、それを笑顔と呼ぶでしょうか?それとも「顔」と呼ぶべきでしょうか?はい、ヌタウナギです。 （訳者注：サルトルは1929年にパリの高等師範学校で学んでいたときに幻覚剤メスカリンを服用し、悪夢の中で海の生き物を見た。その後も長い間カニの幻覚を経験した。）

兵器級の粘液: 脅かされると、ヌタウナギ (このヌタウナギのような) は皮膚から分子を放出し、水をサメの口を満たすほどの粘液に変えることがあります。米海軍は、武力に頼らずに不審船を止めるためにヌタウナギの粘液を使う実験さえ行っている。 © フランク・フェネマ/Shutterstock

作家でありノーベル賞受賞者のジョン・スタインベックは怪物を嫌っていた。彼はそれを「不快」で「不快」だと感じたが、親友の海洋生物学者エド・リケッツ氏は「ヌタウナギには何か魅力的なものがあったので、そうは思わなかった」と語った。私もとても魅力的だと思います。

脅かされると、ヌタウナギは瞬時に大量の水を凝縮して濃い粘液を作り出すことができます。 © アンドラ・ゾマーズ

ヌタウナギには、ドイツ語名の Schleimaal (ヌタウナギ)をはじめ、いくつかの特徴があります。この細長い生き物はウナギではなく、英語名が示すように本当の魚でもありませんので、誤解を招く名前です。実際、ヌタウナギは、同様に不快な寄生性のヤツメウナギと同じ科に属し、原始的な綱である円口類（「丸い口」を意味する）の唯一の生き残り種である。

この名前は、魚にしがみついて側面から肉を引き裂くことができる多数の歯を備えた円盤状の吸口を持つヤツメウナギにふさわしいものです。以前、驚くべき発見により、円口類の独特な進化の歴史が確認されました[1]。この研究では、粘液の痕跡も含めて非常に良好な状態で保存された、1億年前のヌタウナギの化石が初めて発見され、まるで「石の中のくしゃみ」のようだった。この発見は、この生物がヤツメウナギと密接な関係にあることを強調し、一部の科学者がこれまで想定していたように、ヤツメウナギが私たちの原始的な脊椎動物の祖先ではないことを示唆している。

ヤツメウナギは円口類の一種です。顎はないが、鋭い歯がいっぱいある。これは古代の魚類の祖先の特徴の一つである。鰓は内部が本来の袋状の状態にあり、目の後ろに両側に7つの鰓穴が並んでいます。 © ハイカントリーニュース

ヤツメウナギとは異なり、ヌタウナギはほとんどの場合無害であるように見え、深海に生息し、主に死骸を食べます。陸上では、モロ ベイの街を歩き回って魚の卸売り業者を探している私のような人だけがそれを目にします。

サンディ・ウィンストンもそうした卸売魚屋の一人です。クリスマス前の12月の陰鬱な午後、彼は親切にも私を庭に招き入れてくれました。庭では、大きなパイプから絶えず水が供給されている2つの特大の金属製容器の中で、何百匹ものヌタウナギがとぐろを巻いて身もだえしていた。しかし、容器内では常にそうなるとは限りません。微生物が液体をすぐに濃厚なゲル状の物質に変えるからです。私はそれが起こるのを目撃し、自分でそれを感じました。なぜなら、すぐに私は透明な粘液の中で手探りし、ヌタウナギを素手でつかもうとしていたからです。

彼らはじっとしているわけではなく、指の間からすり抜けてしまう傾向があるため、捕まえるのは思ったよりも難しいです。それだけでなく、スライムも問題でした。それはとても丈夫で、厚くて密度の高い布のように持ち上げることができました。とても粘り気があって糸を引くので、指の間に網の目ができ、洗い流せないほど粘着性がありました。

サンディの同僚のベッキーは何も言わずに、スライムで固まった古いぼろ布を私に手渡したので、私はそれを使って手についたスライムをこすり落とした。彼女は金髪でとても陽気でした。彼女は私と一緒に容器の横に立って、スライムの中をかき回していました。彼女は動物の世話を担当しており、現在は死んだヌタウナギを探している。 「匂いがするわ」と彼女は言った。

死肉を食べる仲間に囲まれた死んだヌタウナギをなぜ捕まえるのでしょうか? 「彼らはお互いを食べたりしないんです」とベッキーは言った。

このヌタウナギのクローズアップは、1990 年のホラー映画『トレマーズ』のポスターと驚くほどよく似ています。 © ブランドン・D・コール/コービス

しかし、ヌタウナギを捕食する生物は多くありません。皮膚がゆるいため捕まえるのが難しく、防御力が非常にヌルヌルしています。

脅かされると、ヌタウナギは皮膚から非常に長い分子を放出します（通常は、省スペースの紡錘形で保管され、使用されるのを待っています）。そして、それが急速に噴出し、大量の水分子を瞬時に濃い粘液に凝縮し、サメの口を塞ぐほどの強さの、窒息させるゲル状の雲を形成します。

ヌタウナギの粘液1リットルには数万本の繊維が含まれています。長くて細いですが、丈夫で弾力性があり、強いシルクや合成繊維に少し似ています。これらは純粋に天然の分子であるため、まったく新しい環境に優しい繊維への道を示す可能性があります。

© ノウアブルマガジン

しかし、それだけではない。米海軍は、軍事研究室レベルのヌタウナギの粘液を使って、武力に頼らずに不審な船を止める実験を行っている。現在の迎撃戦術には、船舶のプロペラエンジンに絡まって減速するが、その後解くのが難しいプラスチックロープを発射することが含まれる。対照的に、合成ヌタウナギの粘液をベースにした兵器は、水中で粘液の塊に膨張して不審な船舶を阻止し、その後、残留物を残さずに溶解することができるかもしれない。

それは、古代ギリシャ人やローマ人が描写した神秘的でぬるぬるした海を現代風に再現したものとなるだろう。

「2000年以上もの間、地理学の文献には、船の航行を妨げたり、航行を困難にする『凍った海』について言及されてきた。」

「この現象は中世の文献にも記載されており、そこには『凍った海』や『動かない海』という記述があり、ラテン語で『モリマルサ』（死者の海）と呼ばれていた」とドイツの歴史家リヒャルト・ヘニングは1926年に書いている。

私たちの知らないところに、他にどれだけユニークで役に立つスライムがいるか、誰が知っているでしょうか?ヌタウナギが動物の粘液の王様だとしたら、その王国には自然界全体、そしてそこに生息するあらゆる種が含まれます。生物学的スライムは、目立たない、たまに現れる奇妙なものではありません。これらは基本的なルールであり、生き残るための必要条件です。

この魅力的な物質を研究してきた長年の間、私は粘液のない生物に出会ったことがなく、そのような「最小限の」生物が存在するかどうかさえ疑わしい。これは驚くべきことではありません。なぜなら、自然界には粘液という形でほぼすべての進化に関する疑問に対する答えがあるからです。特に無脊椎動物は移動、コミュニケーション、生殖、自己防衛、さらには狩りにこの物質を頼りにしており、一方クラゲ、クシクラゲ、その他の動物プランクトンは完全にゼラチン質の中分泌液でできていると、スタンフォード大学のマーク・デニーは1989年の独創的な論文に書いている。

生命のすべてを包括する媒体である粘液は、微生物にとっても同じ意味を持ちます。では、いわゆる高次の存在である私たちはどうでしょうか?粘液は植物だけでなく私たち脊椎動物にとっても重要です。私たちも粘液を数え切れないほどの方法で使用していますが、それほど目立ちません。

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水分を多く含む粘液は空気中ですぐに乾燥してしまうため、陸生生物にとってこの隠蔽は必要不可欠です。陸上で粘液を大規模に利用する生物は、粘液を体内に隠したり、植物のように土壌に隠したりして、水分の損失を制御しやすくすることを好むだろう。

私たち人間が公に見せている唯一の粘液表面は目です。それらは薄い粘膜で覆われており、脂質層によって脱水から保護されています。おそらく、粘液のほとんどが隠れた性質であるがゆえに、私たちは粘液が重要かつ複雑な物質であることを長い間認識できなかったのでしょう。

© メディカルニューストゥデイ

では、スライムとは一体何なのでしょうか?

これは、未知だがゆっくりと流れる液体、または不気味な柔らかい固体を表すデフォルトの用語です。それは中間的なもの、感覚、物質の説明のようなものですが、典​​型的なスライムはありません。

その起源と機能に応じて、「ゲル」、「バイオフィルム」、「粘液」、「糖衣」などの多くのニックネームの背後に隠れており、「生物学的土壌クラスト」などの生態系コミュニティや「マリンスノー」などの現象の中に隠れています。

しかし、これらの概念間の違いと共通点をどのように明確にすればよいのでしょうか?ゼリー状の物質のほとんどは、科学出版物でも「スライム」としてひとまとめにされているが、その内部の分子的生活についてはほとんど研究されていない。少なくとも数年前まではそうだった。現在、特定のスライムを研究する研究者がますます増え、同僚と連携して知見を共有している。

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ニューヨーク市立大学のアダム・ブラウンシュヴァイク氏は、さまざまな動物の粘液を研究し、その構造を利用して新しい技術を開発することを目的とした国際協力を主導している。これは価値のある目標です。なぜなら、ある論文で書かれているように、これらの粘液は「潤滑剤、湿潤接着剤、保護バリア、鉱化剤など、驚くほど多様な機能を発揮する」からです。[2]この新しい分野には「ムコミック」という名前さえあります。

しかし、たとえ特定の粘液をその構造と機能によって識別できたとしても、すべての種類の生物学的粘液に統一的な定義をどうやって生み出すことができるのでしょうか?答えは物質自体と同じくらいつかみどころがなく、とらえどころがないかもしれませんが、少なくとも、さまざまな粘液種は、組成、構造、動作、機能の点でいくつかの重要な共通点を持っています。

この疑問を外側から内側に、機能から解き明かす方が簡単かもしれません。多様性にもかかわらず、生物学的粘液は主に潤滑剤、接着剤、選択的バリアとして機能します。保湿やミネラル補給などの他の機能もありますが、これらの機能は通常、上記の主要なカテゴリに分類されますが、それ自体は完全に独立して明確ではありません。

私はまだスライムのない生き物に出会ったことがありませんし、そのような「ミニマリスト」な生き物が存在するかどうかさえ疑問です。

これまでのところ、粘液の機能については、いくつかの種についてのみ理解され、研究されてきました。たとえば、カタツムリは異なる種類の粘液接着剤を分泌することで、簡単に表面に張り付いたり、その上を這ったりすることができます。人間や他の多くの生物と同様に、消化管などの内部表面をバリアとして粘液で覆っています。

しかし、もし単一の細胞が生物全体であり、その体内に保護する必要のある組織や表面がなかったらどうなるでしょうか?微生物は、あらゆる生物の中で最も原始的かつ熟練した粘液製造者である可能性がある。彼らは集まって、水があり、何かくっつくものがある表面ならどこにでも、自分たちのためのぬるぬるした都市（バイオフィルムとも呼ばれる）を構築します。微生物の粘液は環境中に遍在し、空気、陸地、水の境界面で砂、堆積物、その他の基質を結合させることにより、砂漠から海岸まで生息地に影響を及ぼします。

神経も筋肉も脳もないにもかかわらず、海綿動物はくしゃみと似た方法で粘液の塊を体外に排出する能力を持っています。科学者たちはこの行動について昔から知っていましたが、今までそれがどのように起こるのかは謎のままでした。 © カレントバイオロジー

次に、行動について考えてみましょう。粘液はどのようにして潤滑剤、接着剤、柔軟なバリアとして機能するのでしょうか?これは粘弾性特性によるもので、粘弾性特性とは、液体と固体の両方の特性を持つことを意味します。

多くの場合、生物はこの行動を調整することができ、粘液の流動性、粘度、密度を微調整することで、変化するニーズに非常に適応できるようになります。ハイドロゲルの挙動は、それに作用する特定の力の持続時間と強さに依存します。これが、ハイドロゲルがほとんど水であるにもかかわらず、潤滑剤、接着剤、バリアとして非常に多様で適応性がある主な理由です。特徴的な流動性の低さ（または「粘度」）は、物質の内部構造と成分によって異なります。

ドイツの微生物学者ハンス・カート・フレミング氏によると、「粘液はほぼ硬化した水です。」この硬さは、水を分子鎖の中に閉じ込めておく三次元構造に一部起因しています。言い換えれば、水は流れようとしますが、分子構造によってしっかりと結合されています（この結合が多少弾力性があるとしても）。そのため、その挙動は固体物質に近いものになります。このネットワークは、互いに架橋された分子の長い鎖であるポリマーで構成されています。これらがユニークなのは、少なくとも生物が作り出す非常に機能的な粘液に関して言えば、膨大な量の水を結合する能力がある点です。

科学はこの滑りやすくてつかみどころのないスライムにようやく取り組み始めたばかりだが、人間がこのスライムに興味を持ち、利用するのは今回が初めてではない。

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明るい日光の下では、ムレックスの黄色い粘液は濃い紫色に変わります。古代ローマ時代には、この貝は何千匹も（後にはヨーロッパの王族も）狩猟され、皇帝の紫（ロイヤルパープルとも呼ばれる）の色の豪華なドレスに使われました。かつては一般的なヨーロッパカモメガイ（Pholas dactylus）も同様の運命をたどり、今では宝物とみなされている。これらの生物は、細長い殻を使って岩に巣穴を掘り、その中で一生を隠れて過ごします。ローマ人は巧妙な巣穴を自分たちで掘っていたにもかかわらず、いずれにせよそれを発見し、大プリニウスは、夜間のハマグリの宴会では客の口、手、衣服が暗闇でハマグリの発光粘液で光ると記している。

私たちは過去から学び、それが未来に浸透しているようだ。自然のジェルをもっと意外な方法で、そしてできればもっと控えめな方法で使い、感謝するようになるだろう。

参考文献:

[1]www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1814794116

[2]pubs.acs.org/doi/10.1021/acsbiomaterials.0c00713

スザンヌ・ウェドリッヒ

翻訳者：クシャン

校正/竹と豆腐のリーン

原文/nautil.us/the-importance-of-slime-287047/

この記事はクリエイティブ・コモンズ・ライセンス（BY-NC）に基づいており、KushanによってLeviathanに掲載されています。

この記事は著者の見解を反映したものであり、必ずしもリヴァイアサンの立場を代表するものではありません。