“Who did you eat before I ate you?”: a metagenomic analysis of gut contents of the Arctic lamprey (Lethenteron camtschaticum) during its feeding phase (Gulf of Ob, Kara Sea)
本研究は、オブ湾における北極Lamprey（アークティック・ランプレイ）の腸内内容物のショットガンメタゲノム解析を利用して、主要な餌としてコアゴヌス属（Coregonus）の白魚類を特定しており、地域固有のリファレンスデータベースの必要性を強調するとともに、地域の摂餌生態を解明するための本手法の有用性を実証した。
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北極圏の冷たく暗い海の中で、ヤツメウナギとして知られる無顎類が、他の魚に付着してその血や肉を食べて生き延びることで、何億年もの間生き残ってきた。これらの生物は古くから知られている存在であるが、科学者たちは、特定の地域において彼らが正確に何を食べているのかを理解することに長年苦慮してきた。ヤツメウナギの胃の中を観察する従来の方法は、獲物の軟組織が非常に速く消化されてしまうため、食事を特定するための骨や鱗が残らないことがよくある。これを解決するために、研究者たちはショットガン・メタゲノミクスと呼ばれる現代的な手法に目を向けた。物理的な残骸を探す代わりに、この手法は腸の内容物に含まれる遺伝暗号、すなわちDNAを読み取るのである。存在するあらゆる遺伝物質の断片を配列解析することで、たとえ食事が液状のペーストにまで分解されていたとしても、科学者は食べた魚の種を特定することができる。これらの食事を理解することは、特に急速に変化する北極圏の環境において、魚類の個体数を管理し、海洋食物網のバランスを維持するために極めて重要である。
2018年8月、研究者たちはロシアのカラ海に位置する巨大な河口、オブ湾で2匹の北極ヤツメウナギを採集した。これらの魚は標準的な調査の一環として捕獲され、その腸の内容物は分析のために慎重に保存された。内部の物質は認識可能な部位が集まったものではなく、血液と砕かれた筋肉組織に一致する、半消化状態の赤褐色のペーストであった。これらのヤツメウナギの最後の食事の正体を突き止めるため、チームはこれらすべてのDNAを抽出し、一度に数百万の遺伝子断片を読み取る強力な手法を用いて配列解析を行った。課題は、腸の中にヤツメウナギ自身のDNA、細菌、そしてサンプルを扱った研究者のDNAが混在しており、真の食事のシグナルを明らかにするためには、これらすべてを排除しなければならないことだった。
人間、細菌、そしてヤツメウナギのホスト由来の遺伝的なノイズを取り除いた後、残されたデータは、これらの捕食者が何を消費したのかという明確な姿を明らかにした。解析の結果、この地域における北極ヤツメウナギの主な食物源は、コアゴヌス属に属する大型の魚類であるコアゴヌス（白魚の一種）であることが示された。一方のヤツメウナギでは、特定された魚の遺伝物質のほぼ3分の2がコアゴヌスのDNAであり、もう一方では5分の4以上を占めていた。この発見は、オブ湾において、これらのヤツメウナギが単に小型種に寄生するのではなく、大型で豊富な魚類の捕食者として行動していることを裏付けている。研究では、九刺イワシ、北極チャーク、およびタラ科のメンバーを含む他の魚類の痕跡も検出されたが、これらはごく少量であった。
研究者たちは、魚を特定するために使用した遺伝データベースが完璧ではないため、結果の解釈には注意を払わなければならなかった。初期のデータには、南北アメリカやアフリカで見られる熱帯の種など、北極圏には生息しない魚類との遺伝的一致が含まれていた。これらは、学術的な参照ライブラリの欠落によるエラーであると特定された。これらのライブラリは、研究が進んでいる経済的に重要な魚類に大きく偏っており、北極圏の種に関するデータが不足している。これを修正するために、チームは遺伝的な発見を、実際にオブ湾に生息している魚に関する既知の事実と照らし合わせて重み付けするシステムを開発した。このアプローチにより、彼らはあり得ない外来の致致を自信を持って退け、ヤツ材ウナギの腸内に実際に存在していた現地種に焦点を当てることができた。
オブ湾で見出された食事は、世界の他の地域で観察されているものとは対照的である。例えばベーリング海では、北極ヤツメウナギは主にカプランやニシンのような小型の回遊魚を食べていることが分かっている。しかし、ロシア北極圏のヤツメウナギは、明らかに地元の海域を支配する大型のコアゴヌスを標的にしている。この違いは、ヤツメウナギの摂食習慣の柔軟性を浮き彫りにしている。彼らは単一の獲物の種類に固執するのではなく、それぞれの環境で最も利用可能な、大型で栄養価の高い魚に適合するのである。研究ではまた、調査された2匹の個体がわずかに異なる食事内容であったことも指摘されており、一方はより多様な魚の混合物を食べていた一方で、もう一方はほぼ独占的にコアゴヌスを食べていた。これは、個々の摂食履歴と局所的な利用可能性が、各ヤツメウナギが何を食べるかに重要な役割を果たしていることを示唆している。
本研究は、欧州北極圏における北極ヤツメウナギの食事に関する最初の分子レベルの洞察を提供するものであるが、著者らは、サンプルサイズが単一の場所と時期から採取されたわずか2匹の魚であるという非常に小さいものであることを認めている。彼らは、これが種の摂食生態に関する完全な調査ではなく、探索的な視点であることを強調している。また、一部の魚（スティクルバックなど）のDNAの存在は、二次的な消費、つまりヤツメウナギがスティクルバックを直接食べたのではなく、最近スティクルバックを食べた魚を食べた結果である可能性もある。こうした限界はあるものの、本研究は、従来の手段が通用しない動物の食事を研究する上で、ショットガン・メタゲノミクスが強力なツールであることを実証することに成功した。また、将来の研究がより高い精度で獲物を特定できるように、北極圏の種に関する、より良く、より完全な遺伝子ライブラリを構築することが科学者にとって急務であることを強調している。
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