植物を食虫植物へと変えた進化の道筋、驚きの発見

19世紀末、「殺人」植物をめぐる架空の物語が各地で人々の話題をさらい始めた。その物語では、巨大なタコの触手のように長さ1メートルにも伸びるつるを持ち、幅広いつぼみが捕食動物のぎざぎざの顎のような小さな枝に分かれた植物が、遠い土地で油断した旅人を丸のみにすると語られていた。

歴史上かつてないほど、人々は次のような事実を信じ、恐れた。「植物もまた、生き物を待ち伏せして殺すことができる」。では、原生林の奥や人類が足を踏み入れたことのない場所には、何が潜み、私たちを待ち受けているのだろうか。

科学者たちもまた重要な局面を迎えている。植物学でいまだ解かれていない最大の謎の一つ、「植物はどのようにして肉食の捕食者へと進化する道を選んだのか」について、最初の証拠を見つけ始めたのだ。

食虫植物とは何か

食虫植物と聞くと、つるでできたわなや「袋」状の構造を思い浮かべる人が多いだろう。中に迷い込んだ不運な獲物を捕らえる仕組みだ。

しかし実際には、知られている食虫植物はおよそ800種にのぼる。ウツボカズラ類や多くのモウセンゴケ類などは受動的に獲物を捕らえる。つまり、ハエやハチ、小さな昆虫などの獲物がやって来てわなにかかるのを待つのである。

一方で、より「活動的」な植物もある。モウセンゴケ科のモウセンゴケ属（Drosera）は、獲物をわなの中心へ積極的に押しやり、そこで獲物はしっかりと貼り付けられ、消化されて死ぬ。また、つるを素早く動かして獲物を「縛り上げる」ことができる種もある。

中でも最も精巧なのがハエトリグサ（Dionaea muscipula）で、非常に敏感な感覚毛を備え、わなの部分は獲物の大きさを判断してそれに応じた反応を示す。

形や姿、獲物の殺し方は大きく異なるものの、これらの食虫植物にはすべて共通する特徴がある。「わな」が葉、あるいは通常の植物とは異なる形に変化した葉の一部からできているという点だ。

科学者らは、昆虫がわなの中でもがいて多くの電気信号が生じると、食虫植物がジャスモン酸と呼ばれる化合物を作り始めることを発見した。この物質はわなの縁を「封鎖」する合図となる。その後、植物はわなを消化酵素で満たし始める。

酵素には、キチン（大半の昆虫の硬い外殻）を分解するキチナーゼ、タンパク質を分解するプロテアーゼ、そして獲物の未消化の遺骸から利用可能なリンを取り出す紫色酸性ホスファターゼなどがある。これらの酵素は、植物が有害な細菌や菌類、植物を食べる昆虫から身を守るために使う多くの化学兵器とよく似た働きをする。

昆虫の体が分解されると、わなは分泌した酵素を再吸収し、ジャスモン酸の濃度による制御の下で、再び栄養輸送体を作り始める。

米ペンシルベニア州立大学の進化生物学者ターニャ・レナー（Tanya Renner）氏は「これらの植物は根からだけでなく、別の経路、主に葉からも栄養を得ているということだ」と述べた。

太古の昔から、進化論の父チャールズ・ダーウィンの時代に至るまで、ほとんどの人は植物が動物を「食べる」ことができるという事実を否定していた。動物は動き、植物は動かないという自然の秩序に明らかに反していたからだ。動けないのなら、どうやって「狩り」をし、捕食者になれるというのか。

ダーウィンは16年にわたり研究室で地道な実験を重ね、その逆を証明した。彼は、一部の植物の葉が特殊な構造に変化しており、昆虫やその他の小さな生き物を捕らえるだけでなく、消化して、その体から放出される栄養を吸収できることを示した。

その成果として、ダーウィンは1875年に著書『食虫植物』を出版し、これらの植物について発見したすべてを詳述した。1880年には『植物の運動力』と題した別の本を出版した。

当時、植物が動き、さらには他の動物を殺すことができるという認識は、同じテーマのホラー映画を生んだだけでなく、この不可解な習性を持つ植物をより深く知りたいと願う何世代もの生物学者たちを刺激した。

ダーウィンの研究のおかげで、植物学者、生態学者、昆虫学者、生理学者、分子生物学者らは、液体で満たされた袋で獲物を「溺れさせ」、粘着性のわなの葉で獲物を固定し、あるいは挟みわなに閉じ込めたうえで、胃のように変化した器官で獲物を「消化」する植物について、あらゆる側面から詳しく理解できるようになった。

では、私たちの目には「意識を持たない」存在と映る植物が、なぜこれほど精巧に、しかもかつてこの「青い惑星」で植物を食べようとしてきた動物たちのやり方にも似た形で進化できたのだろうか。

一つの仮説は、これらの植物が、偶然わなにかかって「獲物」となった動物から遺伝子を奪ったというものだ。言い換えれば、捕食の遺伝子を取り込み、植物と動物の雑種ともいえる特異な生物になったという考えである。

しかし、2021年の「Annual Review of Plant Biology」誌で食虫植物の起源を論じた独ヴュルツブルク大学の生物物理学者ライナー・ヘドリッヒ（Rainer Hedrich）氏は、食虫植物が獲物である動物から遺伝子を奪ってこの「獣のような」習性を獲得したことを示す証拠は一切ないと述べた。遺伝子がある種類の生物から別の種類の生物へ移ることは時にあるものの、同氏はこう認めている。

実際には、これらの植物は既存の遺伝子を、より高度な新しい機能に転用したのである。

米バッファロー大学の植物ゲノム生物学者ビクター・アルバート（Victor Albert）氏によれば、この進化は極めて「ひそやかで柔軟」だった。「進化においては、何か新しいものを作るより、何かを再利用するほうが簡単だ」と同氏は語る。

捕食者への道

多くの科学者が支持するもう一つの仮説が「コオプション（転用）」だ。コオプションは進化上の革新を生む重要な原動力であり、細胞分裂の際に遺伝子が偶然複製されることから始まることが多い。

複製された遺伝子の大半は役に立たず、やがて失われるが、予備の遺伝子が有益な突然変異を獲得する場合もある。それが種の機能の変化への道を開く。

「遺伝子の重複は常に起きており、時に高い適応性を持つ」とアルバート氏は言う。「これが、食虫植物が肉食能力を発達させた方法のようだ。少なくともこれまでに調べた遺伝子については」

2017年、進化生物学者の福島健児氏はアルバート氏ら国際研究チームとともに、オーストラリアに生息する食虫植物フクロユキノシタ（Cephalotus follicularis）のゲノムを解読した。他の多くの食虫植物と同様、フクロユキノシタは小さな「袋」のような構造で獲物を捕らえる。

研究チームが、フクロユキノシタと、互いに類縁関係のない他の3種、ネペンテス・アラタ（Nepenthes alata、アジアのウツボカズラ類）、ムラサキヘイシソウ（Sarracenia purpurea、北米のサラセニア類）、モウセンゴケ類のドロセラ・アデラエ（Drosera adelae）の消化酵素の起源を調べたところ、大きな驚きがあった。

4種すべてが同じ古い酵素を作り替えており、それは以前ハエトリグサで特定された酵素と一致していたのだ。