毒最適化仮説

毒最適化仮説（毒メータリングとも呼ばれる）は、毒を持つ動物が毒の生成と使用を生理的に制御できるという生物学的仮説である。毒は代謝的に高価な製品であるため、毒の経済的な使用と、特定の使用を制御する生物学的メカニズムがあることを説明する。この仮説的概念は、2002年にスイスのベルン大学動物学研究所のエスター・ウィガー、ルチア・クーン＝ネントヴィヒ、ヴォルフガング・ネントヴィヒによって提唱された。 ^[1]^[2]

多くの有毒動物は捕食時や防御時に毒の量を調節することが実験的に判明している。イソギンチャク、クラゲ、アリ、サソリ、クモ、ヘビなどの種は、獲物や捕食者の状況や大きさに応じて毒を節約して使用することが判明している。^[3]

発達

毒最適化仮説は、徘徊するクモ Cupiennius saleiが使用する毒の量に関する研究から、Wigger、Kuhn-Nentwig、Nentwig によって提唱されました。このクモは獲物を麻痺させるために CsTx-1 と呼ばれる神経毒性ペプチドを生成します。 ^[4]このクモは獲物を捕らえるために巣を編まないため、捕食は完全に毒に依存しています。蝶、蛾、ハサミムシ、ゴキブリ、ハエ、バッタなど、さまざまな昆虫を捕食することが知られています。^[5]このクモの毒腺には約 10 μl の粗毒しか蓄えられません。腺が補充されるのには 2～3 日かかり、毒の致死効果は最初の数日間は非常に低く、完全に効果を発揮するには 8 ～ 18 日かかります。^[6]放出される毒の量は特定の獲物ごとに異なることがわかりました。例えば、カブトムシのようなより大きく強い昆虫に対しては、クモは毒液の全量を使用する一方、小型の昆虫に対しては少量のみを使用し、高価な毒液を節約しています。^[1]実際、実験では、放出される毒液の量は、標的生物の大きさや強さに応じて、標的生物を麻痺させるのにちょうど十分であり（致死量）、必要量を超えないことが示されています。^[7]

コンセプト

動物の毒は複雑な生体分子であるため、その生物学的合成には高い代謝活性が必要です。特定の毒自体は、数百のタンパク質と非タンパク質化合物からなる複雑な化学混合物であり、獲物を動けなくしたり捕食者を抑止したりする強力な武器となります。毒の代謝コストは十分に高いため、動物の生存に毒の使用が不可欠でなくなった場合は、二次的に毒が失われます。これは、毒を持つ動物が毒の消費を最小限に抑える戦略を進化させ、必要なときにのみ、しかも最適な量で使用すべきであることを示唆しています。^[2]

参考文献

^ ab Wigger E, Kuhn-Nentwig L, Nentwig W (2002). 「毒液最適化仮説: クモは捕食が難しい獲物にのみ大量の毒液を注入する」Toxicon . 40 (6): 749–752. Bibcode :2002Txcn...40..749W. doi :10.1016/S0041-0101(01)00277-X. PMID 12175611.
^ ab Morgenstern D, King GF (2013). 「毒液最適化仮説の再考」Toxicon . 63 :120–128. Bibcode :2013Txcn...63..120M. doi :10.1016/j.toxicon.2012.11.022. PMID 23266311.
^ Nisani Z (2008). サソリの毒消費の行動および生理生態学: 刺し傷、噴霧、および毒の再生。pp. 32–39。ISBN 9780549591610。
^ Kuhn-Nentwig L, Fedorova IM, Lüscher BP, Kopp LS, Trachsel C, Schaller J, Vu XL, Seebeck T, Streitberger K, Nentwig W, Sigel E, Magazanik LG (2012). 「クモ Cupiennius salei の毒液由来神経毒 CsTx-1 は細胞溶解活性を示す」J Biol Chem . 287 (30): 25640–25649. doi : 10.1074/jbc.M112.339051 . PMC 3408166 . PMID 22613721.
^ Nentwig W (1986). 「非網形成クモ：獲物専門家か一般人か？」Oecologia . 69 (4): 571–576. Bibcode :1986Oecol..69..571N. doi :10.1007/BF00410365. PMID 28311618. S2CID 5871434.
^ Boevé JL, Kuhn-Nentwig L, Keller S, Nentwig W (1995). 「クモ（Cupiennius salei、クモ科）が放出する毒の量と質」Toxicon . 33 (10): 1347–1357. Bibcode :1995Txcn...33.1347B. doi :10.1016/0041-0101(95)00066-U. PMID 8599185.
^ Kuhn-Nentwig L、Schaller J、Nentwig W (2004)。「クモCupiennius salei（クモ科）の毒の生化学、毒性学、生態学」。Toxicon。43 （ 5）：543–553。Bibcode ： 2004Txcn ...43..543K。doi ： 10.1016/ j.toxicon.2004.02.009。PMID 15066412 。

[wigger-1] Wigger E, Kuhn-Nentwig L, Nentwig W (2002). 「毒液最適化仮説: クモは捕食が難しい獲物にのみ大量の毒液を注入する」Toxicon . 40 (6): 749–752. Bibcode :2002Txcn...40..749W. doi :10.1016/S0041-0101(01)00277-X. PMID 12175611.

[morgen-2] Morgenstern D, King GF (2013). 「毒液最適化仮説の再考」Toxicon . 63 :120–128. Bibcode :2013Txcn...63..120M. doi :10.1016/j.toxicon.2012.11.022. PMID 23266311.

[3] Nisani Z (2008). サソリの毒消費の行動および生理生態学: 刺し傷、噴霧、および毒の再生。pp. 32–39。ISBN 9780549591610。

[4] Kuhn-Nentwig L, Fedorova IM, Lüscher BP, Kopp LS, Trachsel C, Schaller J, Vu XL, Seebeck T, Streitberger K, Nentwig W, Sigel E, Magazanik LG (2012). 「クモ Cupiennius salei の毒液由来神経毒 CsTx-1 は細胞溶解活性を示す」J Biol Chem . 287 (30): 25640–25649. doi : 10.1074/jbc.M112.339051 . PMC 3408166 . PMID 22613721.

[5] Nentwig W (1986). 「非網形成クモ：獲物専門家か一般人か？」Oecologia . 69 (4): 571–576. Bibcode :1986Oecol..69..571N. doi :10.1007/BF00410365. PMID 28311618. S2CID 5871434.

[6] Boevé JL, Kuhn-Nentwig L, Keller S, Nentwig W (1995). 「クモ（Cupiennius salei、クモ科）が放出する毒の量と質」Toxicon . 33 (10): 1347–1357. Bibcode :1995Txcn...33.1347B. doi :10.1016/0041-0101(95)00066-U. PMID 8599185.

[7] ^ Kuhn-Nentwig L、Schaller J、Nentwig W (2004)。「クモCupiennius salei（クモ科）の毒の生化学、毒性学、生態学」。Toxicon。43 （ 5）：543–553。Bibcode ： 2004Txcn ...43..543K。doi ： 10.1016/ j.toxicon.2004.02.009。PMID 15066412 。