そして「生命2.0」への道(中編)~コップも椅子も生命になる

生命1.0への道 第17回
藤崎 慎吾 プロフィール

変形しながら動き、増殖もする人工細胞

次にご登場いただくのは、東京大学大学院総合文化研究科准教授の豊田太郎(とよた・たろう)さんである(写真4)。やはり専門は合成化学で、現在の生命の再現にこだわらない人工細胞をつくっているところなども、野村さんによく似ている。ただ豊田さんは明確に「生命の起源」の解明を志している。

そのアプローチは「生命らしさ」の追求だ。必ずしも今の生物と同じメカニズムではなく、もっとシンプルだが「それっぽく」振る舞う人工細胞あるいは「細胞もどき」(注1)をつくっている。そこから、だんだん本物の生命に近づけようとしているらしい。

注1)動きや見た目が細胞っぽくても、デザインが単純で実際の細胞とは似ても似つかない場合、豊田さんは「人工細胞」ではなく、「細胞もどき」もしくは「原始細胞の化学モデル」という呼称を使っている。次に出てくる油滴や液晶滴の場合が、これに当たる。しかし本連載では「人工細胞」を、もう少し大雑把な意味に使っており、文章が複雑になるのを避けるため、以下では「細胞もどき」も「人工細胞」に含めることにする。

これまでの連載で、シンプルな分子から複雑な生体分子へ、あるいはシンプルな化学反応から高度な代謝システムへ、というような化学進化については紹介してきた。豊田さんの場合は、シンプルな振る舞いから生き物っぽい行動へ、という方向だと言ったらいいだろうか。当然、顕微鏡下での「観察」が重要になる。もともと動画づくりが好きだというのも、現在の研究を始めた動機の1つらしい。

【写真】豊田さんと杉山さん
  写真4 豊田太郎さん(右)と杉山博紀さん(博士課程1年、学振DC1特別研究員)

豊田さんが考える「生命らしさ」には3つある。1つ目は増殖できること、2つ目は刺激に対して変形したり動いたりすること、そして3つ目は「履歴」を伴っていることだ。

履歴というのは、増殖したあとも次の世代に性質を継承していることなのだが、必ずしもDNAやRNAが関わっている必要はない。どんな形式でもかまわないが「過去に細胞らしきものが受けた刺激や、自分がどう振る舞ったかということが、増殖後のものにも影響を与えていたり、時間をまたいで受け継がれていたりすること」が条件だという。

以上のようなコンセプトで、豊田さんもアメーバのように変形しながら動きまわり、しかも増殖するという人工細胞をつくりだした。「それって、いきなり生物じゃん」と思うかもしれないが、もちろんカラクリはある。

まず、この場合に豊田さんが使っているのは、ベシクルのように膜があって中に水が入っている小胞ではない。特殊な油の粒である。水の中にぽちょんと油を落とせば玉になるが、基本的には、あれのうんと小さなやつだと思えばいい。

それが散らばっている水の中に、これも特殊な界面活性剤(洗剤のようなもの)を加えると、あら不思議、小さな油滴はまるで生きているかのように動きだすのである。1秒間に数マイクロメートルから、速いものだと50マイクロメートルくらいだというから、これは本物のアメーバ並みか、それ以上だ。そして長ければ半日くらいは泳ぎまわっているという(動画2)。

そのメカニズムは、まだはっきりとしていない。界面活性剤の分子は、水と油の接している面があると、そこに吸着してから、油の中に入っていく性質がある。油滴の表面上で、界面活性剤が入っていく量に少しでもばらつきがあると、多い所から少ない所へと分子が流れるようになる。これが油の分子をも動かして、油滴の中に対流のような動きが生じる。すると、まわりにある水も一方向に流れて、結果的に油滴が動いていくのではないかと、豊田さんたちは考えている。

実際、水の中に界面活性剤の濃い場所と薄い場所があると、油滴は濃い方へと動いていく。やがて界面活性剤が均一に拡散して濃度差がなくなると、油滴は止まってしまう(図4)。

  動画2 動きまわる油滴(提供/豊田太郎氏)
【図】油滴の動く仕組み
  図4 油滴が動く仕組みの模式図。界面活性剤の分子が黄色い油滴の中に入ると内部で対流が生じ、油滴は白い矢印の方向に動く(提供/豊田太郎氏、拡大画像はこちら

最初の実験で使っていた油滴の油は1種類だけだった。それだと丸い玉が、そのままチョロチョロ動いていくにすぎない。あまり面白くないので何種類かの油を混ぜてみると、今度はぶよぶよしながら動くようになってきた。油によって挙動が変わるのだ。これで結構、生き物っぽくなる(動画3)。

動画3 変形しながら動きまわる油滴(提供/豊田太郎氏)

ぶよぶよしてくるとなったら分裂も誘導できそうだと豊田さんらは考えた。そこで、まず動きやすい油と動きにくい油を混ぜて、より変形しやすくした。また界面活性剤にも工夫を凝らし、油滴に取りこまれると分子の一部が千切れて、油滴の成分と同じになるようにした。つまり、この界面活性剤を溶かした水の中で動きまわれば、油滴は餌を得られるというわけだ。

油滴は界面活性剤を吸着させて動きまわればまわるほど、ぶよぶよ太っていく。太れば変形の度合いも大きくなっていく。そして一定の限界がくると、2つに千切れてしまう。それが分裂というわけだ。実際の映像では、千切れるというよりは油滴の中に小さな油滴ができて、それが生まれでてくるように見える(動画4)。クラミドモナスという単細胞の緑藻などは、似たような細胞分裂をするらしい。

  動画4 動いたあとに分裂もする油滴。30秒後くらいから分裂が始まる(提供/慶應義塾大学 伴野太祐講師)

もし素人が何の説明もされずにこの映像を見たら、たぶん生き物だと思ってしまうのではないだろうか。動きまわっていた油滴が、分裂するときには少しおとなしくなったりするのも、妙に生物っぽい。しかし実際は何の構造もない、単なる油の粒なのだ。