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クラゲなどの刺胞は、獲物の捕獲や防御に使われる刺胞の巨大な細胞外小器官で、刺胞と呼ばれることもあります。 この刺胞には溶血性毒や神経毒が含まれており、刺胞動物は最も毒の強い動物として知られている。 毒素を注入するためには、獲物の表皮組織の物理的バリアを破る効果的な放出メカニズムが必要である。 刺胞の放出には高い圧力(15 MPa)が必要であること、刺胞が甲殻類の厚い殻を貫通することはすでに知られていた。 しかし、放電があまりに速いため、従来の高速度撮影では解像できなかっただけで、その速度や力はわかっていなかった。

これらの問題を明らかにするために、研究者らは電子フレーミングストリークカメラを用いて、1秒間に143万コマのフレームレートで線虫の放電を調べました。 その結果、ヒドラの線虫の放電速度は700ナノ秒と短く、最大で541万gの加速度が発生することがわかりました。加速された質量は1ナノグラム程度と非常に小さいものの、衝突部位に発生する圧力は7GPa以上となり、これは一部の銃弾が発生する圧力と同じで、甲殻類の餌の皮を貫くのに十分と計算されました。 研究者らは、この高速放電は、線虫嚢壁のコラーゲンポリマーが伸長した状態で蓄積されたエネルギーが放出されることによって起こると考えています。 この独創的なソリューションにより、小胞のエキソサイトーシスという細胞プロセスが、強力な分子バネ機構によってナノ秒領域で運動エネルギーを放出することが可能になりました。

ドイツ・フランクフルト大学(フランクフルト・アム・マイン)のTimm Nüchter氏、ドイツ・ミュンヘン LM大学のMartin Benoit氏、ドイツ・ダルムシュタット技術大学(ダルムシュタット)およびドイツ・ハイデルベルク大学(ハイデルベルク)のUlrike Engel氏、ドイツ・ハイデルベルク大学のSuat Özbek氏、ドイツ・フランクフルト大学(フランクフルト・アム・マイン)、ドイツ・ダルムシュタット技術大学、およびドイツ・ハイデルベルク大学のThomas W. Holstein氏の研究成果。

この研究は、DFGと浜松ホトニクスドイツの支援を受けて行われました。

Nüchterら: “ナノ秒スケールの線虫放電のキネティクス” Current Biology 16, R316-R318, May 9, 2006に掲載。 DOI 101016/j.cub.2006.03.089

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