パルス磁化はカリブ海のトゲエビ、Panulirus argusの中枢神経系における遺伝子発現の違いを誘発する

Pulse magnetization elicits differential gene expression in the central nervous system of the Caribbean spiny lobster, Panulirus argus.

• David A Ernst
• Robert R Fitak
• Manfred Schmidt
• Charles D Derby
• Sönke Johnsen
• Kenneth J Lohmann

抄録

多様な動物は地球の磁場を利用して動きを誘導していますが、磁気感覚の根底にある神経や分子のメカニズムは未だに謎に包まれています。一つの仮説として、磁鉄鉱（FeO）という鉱物の粒子が磁気受容の基礎となっていると考えられています。ここでは、磁気に敏感な無脊椎動物であるカリブトゲエビ（Panulirus argus）の中枢神経系における遺伝子発現を、磁気配向行動を変化させることが知られている磁気パルスを印加した後に調べた。脳の647個、食道下神経節の1256個、胸部神経節の712個など、多数の遺伝子がパルスに応答して異なった発現を示した。このような遺伝子の多くは、鉄の調節、酸化ストレス、免疫応答に関連するタンパク質をコードしており、磁気パルスが磁鉄鉱をベースとした磁気受容体に与える影響の可能性と一致している。さらに、光受容、炭水化物およびホルモン代謝、その他の生理学的プロセスに関連するタンパク質をコードする遺伝子を含む、磁気受容とは明らかな関連性を持たない多数の遺伝子でも発現の変化が見られた。全体的に、この結果は磁気受容のマグネタイト仮説と一致しているが、同時に、トゲエビでは、強いパルスが、感覚過程とは一見無関係と思われる多くの遺伝子を含め、発現した全遺伝子の10％以上の発現を変化させたことも明らかにした。このように、磁気パルスが動物の行動に及ぼす影響を解釈する際には注意が必要です。

Diverse animals use Earth's magnetic field to guide their movements, but the neural and molecular mechanisms underlying the magnetic sense remain enigmatic. One hypothesis is that particles of the mineral magnetite (FeO) provide the basis of magnetoreception. Here we examined gene expression in the central nervous system of a magnetically sensitive invertebrate, the Caribbean spiny lobster (Panulirus argus), after applying a magnetic pulse known to alter magnetic orientation behavior. Numerous genes were differentially expressed in response to the pulse, including 647 in the brain, 1256 in the subesophageal ganglion, and 712 in the thoracic ganglia. Many such genes encode proteins linked to iron regulation, oxidative stress, and immune response, consistent with possible impacts of a magnetic pulse on magnetite-based magnetoreceptors. Additionally, however, altered expression also occurred for numerous genes with no apparent link to magnetoreception, including genes encoding proteins linked to photoreception, carbohydrate and hormone metabolism, and other physiological processes. Overall, the results are consistent with the magnetite hypothesis of magnetoreception, yet also reveal that in spiny lobsters, a strong pulse altered expression of > 10% of all expressed genes, including many seemingly unrelated to sensory processes. Thus, caution is required when interpreting the effects of magnetic pulses on animal behavior.