単細胞生物にも学習能力が？「慣れ」のメカニズムを解明
細胞が環境に適応する仕組みを新たに発見。
犬が「お座り」を学ぶように、人間が洗濯機の音を聞き流せるようになるように、生物の適応能力は進化や生存において極めて重要です。生物は環境からの刺激に適応し、学習することで生存に有利な行動を取ることができます。この適応の一形態である「慣れ」とは、繰り返し受ける刺激に対する反応が次第に弱まる現象を指し、学習の基本的なメカニズムのひとつと考えられています。
これまで、慣れは脳や神経系を持つ生物のみが示す特性と考えられてきました。例えば、ミミズや昆虫、鳥類、哺乳類などがその典型例とされており、単細胞生物にはこのような高度な適応能力はないと考えられていました。しかし、2024年11月19日に学術誌『Current Biology』に掲載された研究によって、単細胞生物である繊毛虫やアメーバ、さらにはヒトの体内の細胞にも「慣れ」の特徴が見られる可能性があることが明らかになりました。
この研究は、ハーバード大学医学部（Harvard Medical School, HMS）とバルセロナのゲノム規制センター（Centre for Genomic Regulation, CRG）の科学者チームによって実施されました。研究論文のタイトルは「Biochemically Plausible Models of Habituation for Single-Cell Learning」（単細胞学習における慣れの生化学的に妥当なモデル）です。
ハーバード大学医学部のジェレミー・グナワルデナ（Jeremy Gunawardena, PhD）准教授は、この研究の重要性について次のように述べています。
「この発見は、私たちに新たな謎を提示しました。脳を持たない細胞が、どのようにしてこれほど複雑な適応を実現しているのでしょうか？」
この研究は、ロサ・マルティネス・コラル博士（Rosa Martinez Corral, PhD）との共同研究として行われました。彼女はハーバード大学で博士研究員を務めた後、現在はCRGでシステム・合成生物学の研究グループを率いています。
単細胞生物の回避行動と慣れ
今回の研究は、単細胞生物が思っていた以上に高度な行動を示す可能性を示唆するものであり、近年増えている研究の一環として位置づけられます。
グナワルデナ博士らの以前の研究では、ある種の単細胞繊毛虫が回避行動を示すことが報告されました。これは、動物が不快な刺激に対して回避行動をとるのと似た反応です。
今回の研究では、新たにこの単細胞生物が慣れも示す可能性が浮かび上がりました。例えば、池に生息する単細胞生物「ステントール・ロエセリ」は、以前の研究でも回避行動を示すことが確認されていましたが、今回の研究でさらに刺激に慣れる特性を持つ可能性が示されました。
研究で明らかになったこと
本研究では、従来の細胞培養実験ではなく、高度なコンピューターモデルを用いて、単細胞生物（繊毛虫）や哺乳類細胞の分子ネットワークが異なる刺激パターンにどのように反応するかを解析しました。
その結果、動物の脳に見られる「慣れ」の特徴を持つ4つの分子ネットワークが確認されました。これらのネットワークには、以下のような共通点がありました。
各分子ネットワークには、2種類の「記憶」ストレージが存在する。
1つの記憶はすぐに消失し、もう1つの記憶はより長く保持される。
この短期的な記憶の消失が、「慣れ」のプロセスに必要不可欠である。
この発見は、単細胞生物が時間の異なるスケールで情報を処理・記憶できることを示唆しています。
研究の意義と影響
この研究結果は、単細胞生物が単なる分子の機械ではなく、学習能力を持つ「能動的な存在」である可能性を示しています。
グナワルデナ博士は次のように述べています。
「単細胞生物が環境から情報を学び、適応していることが明らかになりつつあります。これは、生命の本質をより深く理解するための重要な手がかりとなります。」
では、こうした知見はどのように応用できるのでしょうか？
がん免疫への応用の可能性
研究チームは、今回の発見ががん免疫との関連性を持つ可能性があると指摘しています。これはまだ理論的な段階ですが、次のような仮説が考えられます。
がん細胞は免疫細胞を欺き、「無害な存在」として認識させる能力を持つ。
これは、免疫細胞ががん細胞の存在に「慣れて」しまうことによるのではないか？
免疫細胞ががん細胞を適切に認識できるよう再プログラムできれば、がん免疫療法の新たな可能性が開ける。
グナワルデナ博士は次のように説明します。
「これはあくまで理論的な仮説に過ぎませんが、免疫細胞の誤認識がどのように起こるのかを解明できれば、免疫細胞を再プログラムし、がん細胞を明確に悪性と認識させることが可能になるかもしれません」
研究チームについて
この研究には、リナ・エッカート（Lina Eckert）、マリア・ソル・ビダル＝サエズ（Maria Sol Vidal-Saez）、ズィユアン・ジャオ（Ziyuan Zhao）、ジョルディ・ガルシア＝オハルボ（Jordi Garcia-Ojalvo）らが共著者として参加しています。
本研究は、単細胞生物が学習の基本的な仕組みである「慣れ」を示す可能性を明らかにしました。さらに、この発見は免疫システムやがん治療の理解にも影響を与える可能性があります。単細胞生物の適応能力に関する研究は、今後ますます注目される分野となるでしょう。
[HMS News release] [CRG news release] [Current Biology article]
