【第３回実験報告】ボルボックスー判断のモデル生物

We tested two competing models that could explain how differential flagellar activity leads to phototactic turning in spheroids of Volvox carteri f.weismannia (Powers) Iyenger. In one model, turning results from the flagella of anterior cells in the lighted and shadowed hemispheres beating at different frequencies. In a competing models, turning results from a change in beat direction these flagella. Both models successfully explain phototactic steering under constant illumination, but they make different predictions when colonies are exposed to abrupt changes in light intensity. If turning is due to a change in flagellar beat direction, a decreased rate of progression will accompany an increased rate of rotation vice versa. We used video-microscopy to observe the behavior of positively phototactic V. carteri spheroid exposed to 10 × step-up and step-down stimuli. After a step-up stimuli, spheroid slow their progression and rotation by equal amounts. No significant changes are reported in those parameters after the reciprocal step-down response. These observation are consistent with the variable flagella frequency model and inconsistant with the variable flagella direction models for phototactic turning. Switching the direction of light stimulus by 180° result in reorientation of positively photptactic spheroids. The kinetics of this reorientation did not precisely match the prediction of either models.

ボルボックスの走光性を説明するのに、２つものデルがある。繊毛の動きの違いによる２つのモデルを検証するために実験した。 1つのモデルでは、ボルボックスの光があたっている部分の細胞と影になっている部分の細胞で異なった頻度で繊毛が波打つことで方向転換する。もう一つのモデルでは、繊毛の波打つ方向を変えることによって方向転換する。 しかし、ボルボックスが光の強度の急激な変化にさらされたとき違う予測がされた。もし、繊毛が波打つ周期をコントロールすることによって回転するのならば、前進と循環の進度の両方が同じ方向で同じ大きさに変わるだろう。もし、繊毛の波打つ方向を変えることによって回転するのならば、それに伴って繊毛の運動の循環の進度も減少するだろう。 私たちは明確な走光性Vの行動を観察するためにビデオ顕微鏡を使用した。あるボルボックスは、１０回の光の強度の上げ下げする刺激にさらされる実験をした。光の強度を上げた後、ボルボックスは同じ量で前進速度と繊毛の運動を遅くした。 光の強度を下げた後、これらの要因となる重要な変化は報告されなかった。これらの観察は走光性における回転するため、繊毛の動く周期を変えるモデルと一致し、繊毛の動く方向を変えるモデルと矛盾する。光の刺激があたる方向を180°変えると、正の走光性を持つボルボックスは向きを変える。方向転換の動力学はどのモデルの予測にも正確には合わない。