宇都宮大学 公開講座レポート
ミジンコから学ぶ 生き物の形づくり ～遺伝子で決まる形と決まらない形～
本講座は高校生のみなさんに最先端のバイオテクノロジーに触れることで、科学に対する興味や関心を高めてもらうことを目的にしています。DNA鑑定や遺伝子組み換えに関する実験を行い、DNAを「見る・知る・触る」ことによって、バイオテクノロジーの基礎から実験までを体験します。
毎年、宇都宮大学 バイオサイエンス教育研究センターの主催でおこなわれ、2023年度は2日間のプログラムが計4回開催されました。人気の講座で本年度も多くの高校生が参加しました。
本稿では、2023年8月7、8日の2日間にわたり開催された体験講座の中で、1つめの実習であるミジンコの観察についてレポートします！
講師紹介
講師は宇都宮大学 バイオサイエンス教育研究センター 准教授の宮川一志（みやかわ ひとし）先生。先生はミジンコや昆虫などの節足動物をもちいて、生き物が環境にどう適応するのか、生き物の進化はどのようにおこるのかを研究している分子生物学や環境科学、進化生物学分野のスペシャリストです。
私たちを取り巻く自然環境は常に変化していて、全ての生き物はその変化にうまく適応しながら生活しています。今回の講座では、小さな生き物である”ミジンコ”が、生き残るために進化させた高度で複雑な環境応答と、それが遺伝子の働きでどのように制御されているのか学んでいきましょう！
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体験講座 実施内容
実験1：ミジンコを顕微鏡で観察してみよう！
この実験の目的は？
この講座は、生き物の形がどのように決まるのかを、最新のバイオテクノロジー技術にふれながら理解していきます。はじめに、そもそも生き物の形にはどんな違いがあるのか、クローン（無性生殖で増殖した同一の遺伝情報を持つ集団）でありながら、周囲の環境に応じて形が変化する性質をもつミジンコを顕微鏡で観察して理解します。観察するミジンコの種類は、ミジンコ（ Daphnia pulex ）とオオミジンコ（ Daphnia magna ）の2種類、それぞれメスとオスを観察しました。
ミジンコとオオミジンコはミジンコの仲間どうしであるものの、異なる種で、異なる遺伝情報（ゲノム）を持っています。この2種間の形の違いは遺伝子の違いによるものです。
一方、ミジンコの仲間は、性染色体を持つ私たちヒトとは異なり、周囲の自然環境によってメスになるかオスになるかが決まります。同じ母親から生まれたメスとオスは同じ遺伝子を持つクローンなんです。そのため、メスとオスの形の違いは、遺伝子の違いによるものではありません。
このように、生き物の形には遺伝子で決まるものと決まらないものがあります。
観察するための準備をしよう！
- ミジンコ（ Daphnia pulex ）とオオミジンコ（ Daphnia magna）が入った水
- 先を切って大きくしたピペット
- 先の細いピペット
- スライドガラス
- 顕微鏡
顕微鏡で観察してみよう！
いよいよ顕微鏡を使ってミジンコの観察です。観察の手順にしたがっておこないました。
観察の手順
- 先を切って大きくしてあるピペットを使ってミジンコを１匹水ごと吸い取り、つかまえます。
- つかまえたミジンコをスライドガラスの真ん中に水と一緒に落とします。
- 先の細いピペットでミジンコの周りにある水を吸い取り、減らします。
- 水が減って動きが鈍くなったミジンコを顕微鏡で観察します。
実験メモ
長い時間観察をするとスライドガラスが乾いてきちゃう。乾いてきたらピペットで水を加えよう！
ミジンコのような透明なサンプルを観察するときは、顕微鏡の開口絞りを適正値より少し小さくする（絞る）ことでコントラストが強調されて観察しやすくなりますよ！
観察では、動きまわるミジンコをスポイトでつかまえたり、スライドガラス上で動きを止めたりするのに少し手間取る場面がありましたが、最後はコツをつかんだ受講生が多かったようです。顕微鏡のピントを合わせていって、ミジンコのからだがはっきり見えたとき、「見えた！」という歓声が多くあがっていました。
実験メモ
ミジンコのからだは透明なので、からだの外側だけでなく、内側にある心臓や卵も顕微鏡でみることができるよ。からだのどこに何があるかを、下の画像を参考に観察してみよう。
メスとオスのからだの違いを見つけるときは、からだ全体の大きさ、触角、胸脚、生殖器、卵の有無に特に着目してみて！大ヒントだよ！
（図は宮川先生からご厚意でいただいた資料を元にコスモ・バイオ社が作成）
ミジンコのオスとオオミジンコのオス（BとD）をそれぞれ比較して、どこが同じでどこがちがうか、観察してみましょう。
（図は宮川先生からご厚意でいただいた資料を元にコスモ・バイオ社が作成）
こちらは顕微鏡でみたミジンコの動画です。宮川先生、動画をご提供いただきありがとうございました！
ミジンコのからだの形はもちろん、複眼や規則的に動く心臓、殻の中で動く胸脚、まるで腕のように見える触覚を動かす筋肉の動きがよくわかりますね。クルッとからだを一回転できるのは、スライドガラス上の水の中にいるからです。
先生教えて！ミジンコのメスとオスのからだの違いはなぜ生まれるの？
周りの環境に応じてホルモンと遺伝子の発現（遺伝子情報を基にタンパク質をつくること）を巧みにコントロールしているからだと考えます。
ミジンコ類は、メスが単体で増殖する単為生殖か、メスとオスが交配して耐久卵をつくる有性生殖かのどちらかで増えます。
ミジンコにとって好ましい環境下では単為生殖で増えます。
メスは2～3日に一度脱皮して、脱皮ごとに20～30個ほどの卵を背中の保育器官に産みます。生んだ卵は2日間体内で育てられた後、外へ放出されます。単為生殖なので、子供のゲノムはすべて母親と同じクローンのメスになります。新しく生まれた子供は1週間で子供を生めるまでに成長するので、好ましい環境下でミジンコは爆発的に増えます。
一方、環境が悪化する（水温の低下、エサの減少、個体密度の増加 など）と、メスは単為生殖で自分と同じゲノムを持ったオスを生みだし、有性生殖をおこなうようになります。有性生殖で生まれた卵は単為生殖の卵より乾燥や長い間の保存に耐えられます。ですから、ミジンコ類は厳しい環境にみまわれても有性生殖で耐久卵をつくって命をつないでいきます。ピンチになったら急にオスを生んで増え方をかえるなんてすごいですよね！そして、生命の設計図である遺伝子が同じなのにメスとオスがいて、からだの形も違うのは不思議ですね。
ミジンコはこれをどのようにコントロールしているのかというと、”幼若ホルモン”という体内で生み出されるホルモンと、オスのからだの特徴をつくる“doublesex(dsx)遺伝子”のはたらきが関係していると考えています。
環境の悪化を感じたミジンコの母親の体内では、幼若ホルモンの濃度があがります。その影響で子供の性別が決まる時期（性決定期）に性別がオスに決定されます。その後、卵の中でdsx遺伝子がはたらくことで生み出されたタンパク質によって、オスのからだの特徴がつくられます。
このメカニズムはまだわかっていないことも多く、これを解明していくことが私の研究の一つなんですよ。
バイオテクノロジー体験講座レポート Vol.2、3に向けて
Vol.1では、ミジンコのからだの形を顕微鏡で観察した様子をリポートしました。観察を通して、からだの形は種類間で違うこと、同じ種類でもオスとメスとで違うことを学んだようです。その違いはホルモンや遺伝子のはたらきによってコントロールされているというのは興味深いですね！
Vol.2、3では、生き物の形はどのようにして決まるのか？という本講座のメインテーマを更に明らかにしていきます。高校の授業ではなかなか経験できない遺伝子（DNA）の組み換え実験や、それぞれの生き物が持つDNAの違いを視覚的に確認することを通して、生き物の形がどのようにして決まるのかを遺伝的な側面から理解していきます。
ここからはグッと専門的な内容になり、初めてあつかう実験器具や試薬が登場しますよ！！
▼ Vol.2はこちら
▼ Vol.3はこちら
私たちコスモ･バイオは、「生命科学の進歩に資する」ことを第一の経営理念に掲げ、皆様に信頼される企業づくりを目指しています。この理念に基づき、今回のような、大学等が実施する公開講座の支援を通して、次の世代を担う“明日の科学者”にライフサイエンスの面白さと楽しさを伝えるお手伝いをします。
情報公開日：2024年3月
掲載元：コスモ・バイオ（株）公開講座応援団