Good Mood

脳からの許可を得て適応：ビッグバング、行動、および信念、ロブDeSalleとイアンTattersallによって、イェール大学出版社によって出版されました。 Copyright©2012by Rob DeSalle and Ian Tattersall

一部の人々は、植物が話し、音楽の演奏、および他の形態の人間の注意に反応すると考えています。 そして、植物は人間の言語を処理しない可能性が高いですが、それにもかかわらず、周囲を非常に認識しており、細胞間のコミュニケーションが非常に可, さらに、一部の科学者は、植物の内部コミュニケーションシステムは、我々が合法的に神経系と呼ぶことができるものに非常に近いと考えています。 結局のところ、いくつかのミモザは乱された後に急速に後退することで有名であり、Venus flytrapsは捕獲装置の昆虫の存在に迅速に反応する。 チャールズ-ダーウィ, 彼のあまり知られていない作品の一つでは、植物における動きの力（1880）、彼は根根、植物の胚根、および刺激の多様な種類に対するその先端の感度について書いた：

根根の先端は、このように恵まれ、隣接する部分の動きを指示する力を持つことは、下部動物の一つの脳のように働くと言っても過言ではありません。感覚器官からの印象、およびいくつかの動きを演出する。,

ダーウィンは、ラディクルが他の細胞の機能を指示することによって脳のように振る舞うだけでなく、植物の解剖学的構造において対応する場所に配置されていると言っていました。 いくつかの現代の植物学者はこの考えを拡張しました。 2005年には、イタリアのフィレンツェで最初の国際植物神経生物学ミーティングが開催され、2006年には新しいジャーナル”Plant Signaling and Behavior”が創刊されました。 植物神経生物学者は何を提案していますか？

植物が神経系を持っているという考えは、いくつかの情報源から生じています。, 第一に、植物は、動物の神経系の成分を特定する遺伝子に類似した遺伝子を有する。 このような成分には、タンパク質の構成要素の一つであるが、神経伝達物質としても機能するアミノ酸であるグルタミン酸の受容体が含まれる。 他の成分は、g-boxタンパク質として知られているような神経伝達物質経路活性化因子、および様々なシグナル伝達タンパク質に結合するように作用する”14-3-3″タンパク質のファミリーである。 これらのタンパク質はすべて動物で観察されており、神経機能において異なる役割を有することが示されている。 しかし、それらは植物にも見られます。,

第二に、これらのタンパク質は植物において”神経”機能を持たない可能性が高いが、いくつかの植物タンパク質は神経分子と非常によく似た振る舞いをする。 第三に、いくつかの植物は、神経伝達物質分子が細胞間のコミュニケーションを促進する細胞間のシナプス様領域を示すように見える。 比較のための要件に含まれる領域は、小胞、シナプス全体に放出される神経伝達物質を格納する小さな泡の形成など、動物のシナプスと同じ特性を有するべきであるということである。, 第四に、多くの植物は、植物の体全体に伝達する必要がある”インパルス”の導管として機能するように見える血管系を有する。 最後に、いくつかの植物細胞は活動電位として解釈できるものを表示します—細胞膜を横切る電気的極性が動物の神経細胞で起こるように、迅速かつ一時的な逆転をするイベント。

これらのさまざまな種類の情報と、それらが植物における脳のような機能の存在を意味するものを見てみましょう。

神経系に関与する動物遺伝子に関連する植物の遺伝子を見つけることはほとんど驚くべきことではありません。 確かに、この事実の確認は、様々なゲノムプロジェクトの最初の本当に興味深い結果の一つでした。 それが驚くべきことではない理由は、地球上のすべての生命が共通の祖先を通して統一されているということです。, 広く異なる生物の間で共通の遺伝子を見つけることは、共通の祖先からの降下で期待されるものです。 したがって、典型的な細菌ゲノムは、ヒトゲノム中のその遺伝子の2パーセント程度に相当することが判明した。 植物の場合、その数は約17パーセントであり、ハエや虫などの生物の場合、その数は30-40パーセントにジャンプします。 ゲノムの類似性を測定する別の方法は、ゲノムの遺伝子中の塩基の実際の配列がどのくらい変化するかを尋ねることである。, 脊椎動物では、配列の類似性を調べると、魚のような遠い親戚では約85％からチンパンジーでは98.7％、絶滅した親戚であるホモ-ネアンデルタレンシスでは99.7％の範囲である。 しかし、それほど期待されていなかったのは、植物と動物の両方に代表される主要な遺伝子カテゴリーの広範な分布です。

それでも、進化は遺伝子によるいくつかの顕著な”テーマの変化”を促進することができます。, 遺伝子が植物の特定のプロセスにかかわる蛋白質を作れば動物または菌類の対応する遺伝子は必ずしも同じ機能がある蛋白質を作る必要がない。 有益な例は動物の神経のシナプスにかかわり、神経伝達物質のグルタミン酸塩と相互に作用するグルタミン酸塩の受容器です。 植物にはグルタミン酸受容体もありますが、”神経”機能のようなものに役立つかどうかは別の問題です。, 植物や動物のゲノムにおけるこの遺伝子ファミリーの分布の検討は、遺伝子ファミリーがどのように分岐することができ、これらの遺伝子の機能もどのように分岐することができるかを示すでしょう。

動物では、これらの受容体は、主に神経細胞の受容末端、すなわちそれらの”シナプス後”領域に見出される。 グルタミン酸塩はシナプスを渡って運ばれ、受容器に出会い、そして従って神経細胞の活動電位、か発砲を刺激します。 グルタミン酸受容体の二つの主要な種類は、彼らがシナプス後インパルスを促進する方法に基づいて認識されていることが起こります。, 第一の種類は”イオノトロピック”である：グルタミン酸受容体は、受容体がグルタミン酸に結合すると、孔が活性化され、イオンがそれらを通って流れる、受容体が受容体の細胞膜を横切ってイオンチャネル孔を並べる。 “メタトロピック”受容体では、イオンチャネルは、通常、Gタンパク質（グアニン、四つの核酸塩基の一つに結合する）にリンクされているシグナル伝達カスケードを介して、より間接的に活性化される。

このプロセスが機能するためには、グルタミン酸受容体もアゴニストと呼ばれるものに結合しなければならない。, イオノトロピックグルタミン酸受容体と相互作用するアゴニストには、AMPA（α-アミノ-3-ヒドロキシル-5-メチル4-イソオキサゾールプロピオン酸）、NMDA（N-メチル-D-アスパラギン酸）、カイナートの三つの主要な種類がある。 他のアゴニストはmetabotropic受容器と相互に作用します。 また異なったアゴニストのために特定のそれらの機能分類内の複数と同様、ionotropicおよびmetabotropic機能のためのグルタミン酸塩の受容器の複数の版が、あります。 が複数のバージョンの遺伝子のタンパク質の動物（と呼ばれる遺伝子。, 例えば、ほとんどの哺乳類には十六のイオントロピックグルタミン酸受容体があり、AMPAをアゴニストとして使用する四つ、NMDAをアゴニストとして使用する七つ、カイナートをアゴニストとして使用する五つがある。 同様に、マウスとヒトは八つのメタトロピックグルタミン酸受容体を有し、それぞれが様々なアゴニストを使用する。

植物は、イオントロピックの種類により類似したグルタミン酸受容体を有する。, 植物遺伝学およびゲノミクスの主力であるシロイヌナズナthaliana（thale cress）は、哺乳類のイオントロピックグルタミン酸受容体と同じ球場の数であるこの遺伝子ファミリーの二十メンバーを持っている。 さらに、グルタミン酸受容体の三つの主要なカテゴリーが植物で発見されており、イオノトロピック動物のグルタミン酸受容体（AMPA、NMDA、およびカイナイトを いとまがないが、グループの物はグルタミン酸受容体にほぼ一致している植物?, 言い換えれば、AMPAをアゴニストとして使用する動物のグルタミン酸受容体は、他の動物または植物の受容体よりも植物のグルタミン酸受容体の特定のサブセットと密接に関連しているのでしょうか？

実際には、植物グルタミン酸受容体の三つのカテゴリーは、これらの動物のカテゴリーに全く類似していません。 一つには、動物は明らかにすべて共通の祖先の重複を介してこの遺伝子ファミリーで同じ遺伝子を進化させましたが、植物グルタミン酸受容体はすべて、植物と動物が分岐する前に存在していた単一の共通の祖先から進化したようです。, つまり、動物の非常に特異的なグルタミン酸受容体は、植物のグルタミン酸受容体と一対一の関係を持っていないことを意味します。 また、植物の受容体は、動物のように、別個の器官との関係を示しません。

さらに、遺伝子の類似性とは別に、遺伝子によって指定されたタンパク質の機能のように見える類似性に目を向けることができます。 実際は植物のグルタミン酸塩の受容器が動物のグルタミン酸塩の受容器と干渉できる植物の受容器にまだ動物の神経細胞で同等の機能があることを提案することは事実です。, 例えば、グアム島では、アルツハイマー病、パーキンソン病、ルー-ゲーリッグ病と同様の神経変性症状を引き起こすソテツ物質（グルタミン酸様のアミノ酸が豊富な植物）を人間が摂取した奇妙なケースがある。 そして、植物グルタミン酸受容体の発現は、根に特異的であり、一部の科学者が植物の神経系を最も示唆する場所である。, しかし、これらの受容体の小さなサブセットは根の初期の発達に重要であるように見えるが、植物の異なる受容体は、動物のように異なる器官との それでも、グルタミン酸受容体が植物の神経系の機能を果たさない場合、なぜそこにいるのでしょうか？ 植物の保持のための共通の議論は昆虫種の侵入を避けるために防衛蛋白質として役立つことです。,

第三に、このすべてを考えると、シナプスのように振る舞う植物構造と、”シナプス”領域で活性な神経伝達物質のように振る舞う分子がありますか？ これが何かを意味するためには、植物のいくつかの特性を確認する必要があります。 シナプスコミュニケーションは、動物の神経伝達と同じように、例えばシナプスの近くの小胞を介して、神経伝達物質および神経伝達受容体によって実, 一つの神経伝達物質候補は、オーキシン（インドール-3-酢酸）、いくつかの植物学者が植物における神経学的行動のための最良の引数であると感じる小分子で また、細胞膜を横切るオーキシンの動きを助けるという点で、受容体のように多くの振る舞いをするオーキシンのトランスポーターもある。 しかし、オーキシン系は神経伝達のように働くのでしょうか？ 一部の科学者がそうですね。, 例えば、マックス-プランク発生生物学研究所の分子植物学者Gerd Jürgensは、オーキシン輸送は、動物の神経伝達物質のような特徴を有する細胞小胞（小さな脂

それでも、オーキシンは動物には見られず、成長を調節する植物特specificなタンパク質であるように見えます。 いくつかの人にとって、Jürgensの観察は、小胞の構造が良い議論をするのに十分に類似している可能性があることを示唆している。, 植物で作られる”シナプス”の種類を調べると、二つの接合型は細胞膜に埋め込まれたタンパク質ドメインを有することが判明した。 小胞輸送によって達成されるオーキシン輸送システムは、光と重力の影響を受けて細胞-細胞間の通信を制御し、オーキシンを送信機として使用し、神経伝達物質とほぼ同じように振る舞う。

他の”シナプス”は、動物免疫細胞と病原性細胞との間の相互接続のように振る舞う。 動物では、このシステムは、免疫応答および侵入病原体の破壊を実施する。, 植物では、それは個体が病原体に対処するだけでなく、重要な機能である共生生物との相互作用を安定させることを可能にする。 植物は、細菌や真菌などの多くの微生物との有用な双方向相互作用を確立し、場合によっては、これらの微生物は、植物が単独で行うことができない いくつかの植物は環境窒素を処理できないため、Rhizobium属の細菌と共生関係を形成してトリックを行い、その関係にはシナプス様の付着が不可欠です。, プロセスでは、rhizobiaは植物によって与えられることの利点を得ます。

そして、植物の神経系の存在に関する上記の第四および第五の点に対処するために、植物における電気インパルスまたは活動電位、および植物 奇妙なことに、植物の電気伝導率は、ルイージ-ガルバーニが動物の電気インパルスを示す彼の残忍な1780年代のfrogleg実験を行う数年前に発見されました。 したがって、電気信号やおそらく活動電位さえも植物に存在することは間違いありません。, また、ノースカロライナ州立大学のエリック-デイヴィスが言ったように、”植物が電気信号を持っている根本的な理由は、非常に迅速かつ体系的な情報伝達を可能にするため、一つの地域だけが摂動されているかもしれないにもかかわらず、植物全体がほぼ瞬時に知らされることである。”それでも、活動電位の性質は植物や動物ではかなり異なっていますが、どちらも細胞のイオンチャネルを含んでいます。, 動物はナトリウムイオンとカリウムイオンの交換によって活動電位を生成するのに対し、植物電位は塩化物によって増強され、カリウムによって

だから私たちは何を結論づけるのですか？
植物はある意味で脳を持っているという考え方は興味深く、考えさせられるものです。, だから挑発的な、確かに、2007年に三〇から三機関から三十六の研究者が植物科学のジャーナルトレンドに公開書簡を発表し、”植物神経生物学は植物生理学、植物細胞生物学またはシグナル伝達の我々の理解に追加しない”と主張し、イニシアチブの支持者に”概念を批判的に再評価し、それのための知的に厳密な基盤を開発する”ことを懇願しました。”

全体的に、植物の”脳”の問題に関する植物神経生物学者からの反応はむしろ矛盾している。, エディンバラ大学のAnthony Trewavasは、”植物神経生物学はメタファーである”と示唆しました。 彼の焦点は、用語自体にあった、と彼の関心は、植物の細胞生物学と植物細胞間通信とシグナル伝達の謎を理解するために科学を駆動する上で、主にその重要性にありました。 しかし、生物学者フランティ。セクバル,ボン大学のskaとフィレンツェ大学のStefano Mancusoは、植物における神経系の文字通りの存在を激しく主張し、”植物と動物の間の古いアリストテレスの分裂を取り除くことは、すべての多細胞生物を一つの概念の傘の下で統一するだろう”と示唆している。'”

明らかに、両方の視点が正しいことはできません。 Trewavasはそれが何であるかそれを呼び出すために私たちに思えます：単に類似点を議論するケース。 植物と動物のシステムの類似性についての声明をとても興味深いものにするのは、メタファー自体です。, ものですのでご了承比喩. 実際には存在しないときに、単一の”概念的な傘”の下で植物や動物を統一することは、本物の問題を作り出します。 一つには、植物や動物が地球上の他のすべての生物を排除するための共通の祖先を共有していないという良い証拠があります。 真菌や核を持つ多くの単細胞生物が邪魔になります。 統一された傘は、この現実を隠し、隠喩の有用性を損なうでしょう。 メタファーがもはやそのように認識されなくなると、誤謬がその日のルールになります。