クリプトビオシス

クリプトビオシスまたはアナビオシスは、乾燥、凍結、酸素欠乏などの悪環境条件に反応した極限環境生物の代謝状態です。クリプトビオティック状態では、測定可能な代謝プロセスがすべて停止し、生殖、発達、修復が妨げられます。環境条件が生息に適した状態に戻ると、生物はクリプトビオシス前の 代謝状態に戻ります。

無水生活は、最も研究されているクリプトビオシスの形態であり、極度の乾燥状況で発生します。無水生活という用語は、ギリシャ語で「水のない生命」という意味に由来し、ワムシ、クマムシ、ブラインシュリンプ、線虫、および少なくとも 1 種の昆虫、ユスリカ( Polypedilum vanderplanki )などの特定の無脊椎動物に見られる乾燥耐性を指すために最も一般的に使用されています。ただし、他の生命体も乾燥耐性を示します。これには、復活植物Craterostigma plantagineum ^[1]、植物種子の大部分、およびパン酵母などの多くの微生物が含まれます。^[2]研究では、一部の無水生活生物は乾燥状態で数十年、さらには数世紀も生存できることが示されています。^[3]

無水生活を送る無脊椎動物は、しばしば体が小さくなり、中にはトレハロースと呼ばれる糖を形成するものもいる。植物の乾燥耐性は、別の糖であるスクロースの生成と関連している。これらの糖は、乾燥によるダメージから生物を保護すると考えられている。^{[4]ワムシなどの一部の生物ではトレハロースが見つかっていないため、科学者は、おそらく}本質的に無秩序なタンパク質が関与する、無水生活の他のメカニズムを提案している。^[5]

2011年、最も研究が進んでいるモデル生物の一つでもある線虫Caenorhabditis elegansが、ダウアー幼虫期に無水生活を送ることが示されました。^[6]この生物に利用可能な遺伝学的および生化学的ツールを利用したさらなる研究により、トレハロース生合成に加えて、他の一連の機能的経路が分子レベルで無水生活に関与していることが明らかになりました。^[7]これらは主に、活性酸素種や異物に対する防御機構、熱ショックタンパク質や天然変性タンパク質の発現、ならびに多価不飽和脂肪酸やポリアミンの生合成です。それらのいくつかは無水生活性の植物や動物の間で保存されており、無水生活能力が一連の共通メカニズムに依存している可能性があることを示唆しています。これらのメカニズムを詳細に理解することで、非無水生活性の細胞、組織、器官、さらには生物を改変し、長期間にわたって乾燥した仮死状態で保存できるようになるかもしれません。 ^[要出典]

2004年現在、このような無水生育の応用はワクチンに応用されている。ワクチンでは、このプロセスにより、体内に注入されると再活性化する乾燥ワクチンを生産することができる。理論的には、乾燥ワクチン技術は、麻疹用の生ワクチンなど、あらゆるワクチンに使用できる。また、ワクチンの徐放を可能にするように適応させ、ブースター接種の必要性を排除することもできる。これにより、ワクチンを冷蔵する必要がなくなり、冷蔵、電気、適切な保管が困難な発展途上国全体で乾燥ワクチンがより広く利用できるようになると提案されている。^[8]

同様の原理に基づいて、凍結保存は室温で生物学的サンプルを保存する技術として開発されました。^{[9] [10]凍結保存は、室温で細胞を保存するための}無水生存に基づく生体模倣戦略です。凍結保存の代替技術として研究されてきました。この技術には、冷蔵や極低温の使用を必要とせずに、室温で生物学的サンプルを保存できるという利点があります。^{[11] [12]}

酸素が欠乏した状況（無酸素症ともいう）では、多くの潜伏生物（M. tardigradumなど）は水分を吸収して膨張し、動けなくなりますが、長期間生存することができます。一部の外温性脊椎動物や、ブラインシュリンプ^[13] 、カイアシ類^[14]、線虫^[15]、海綿動物^[16]などの一部の無脊椎動物は、無酸素状態で数か月から数十年にわたって一見不活性な状態で生存することができます。

無酸素状態におけるこれらの無活動生物の代謝活動に関する研究は、ほとんど結論が出ていない。これは、通常の代謝率低下 (MRD) ではなく、クリプトバイオティック状態を証明するのに十分なほど、非常に小さな代謝活動の測定が困難であるためである。多くの専門家は、無酸素状態が生物学的に実現可能であるかどうかに懐疑的である。なぜなら、この生物は、大量の水と熱エネルギーに囲まれ、自身の自由エネルギーをまったく使用していないにもかかわらず、環境の負の自由エネルギーによる細胞構造の損傷をなんとか防いでいるからである。しかし、ストレス誘発性タンパク質 p26 が嚢胞性Artemia franciscana (シーモンキー) の胚においてエネルギーを必要としないタンパク質シャペロンとして作用する可能性があるという証拠があり、おそらく極めて特殊で遅いグアニンポリヌクレオチド経路が、無酸素状態においてA. franciscana の胚に代謝自由エネルギーを提供し続けている。A . franciscana は真の無酸素状態に近づいているが、到達していないようである。 ^[17]

ケモバイオシスは、高レベルの環境毒素に対する隠れたバイオティックな反応であり、クマムシで観察されている。^[18]

低温生活は、低温への反応として起こる隠蔽生活の一種である。低温生活は、生物の細胞を取り囲む水が凍結したときに始まる。分子の動きを止めることで、生物はより適した条件が戻るまで凍結温度に耐えることができる。これらの条件に耐えることができる生物は、通常、好ましい場所で水の凍結を促進する分子を備えており、細胞を損傷する可能性のある大きな氷結晶の成長も防ぐ。^[要出典]そのような生物の1つがロブスターである。^[19]

浸透生菌は、隠蔽生菌のすべての種類の中で最も研究が進んでいない。浸透生菌は、生物が生息する溶液中の溶質濃度の上昇に反応して発生する。浸透生菌は代謝の停止を伴うと思われること以外、確かなことはほとんどわかっていない。^[18]

ボツワナのマカディカディ平原に生息するブラインシュリンプのアルテミア・サリナ^[20]は、平原の水が蒸発して湖底がほぼ乾燥した乾季でも生き残ります。

クマムシは、5種類の隠蔽生活をすべて経験することができます。隠蔽生活状態にある間、代謝は正常の0.01%未満に低下し、水分含有量は正常の1%まで低下することがあります。^{[21]隠蔽生活状態にある間、クマムシは極端な}温度、放射線、圧力に耐えることができます。^[22]

一部の線虫やワムシもクリプトビオシスを起こすことができる。^[23]

• バイオスタシス – 適応せずに環境の変化に対処する
• 極低温生物学 – 極低温が生命に与える影響の研究
• クライオニクス – 人間の死体を冷凍保存する
• クリプトバイオティック土壌 – 乾燥・半乾燥生態系の土壌表面に生息する生物群集リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 冬眠 – 冬を越すために活動を停止する生理的状態
• 凍結保存 – 生命の代謝状態リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ

• デイビッド・A・ウォートン著『極限の生命：極限環境における生物』ケンブリッジ大学出版局、2002年、ハードカバー、ISBN 0-521-78212-0