「こんな面白い動物がいるのだけれど、研究してみないか」と言われて実体顕微鏡で見た幼若なカワカイメンは、黄色い球を中心に半透明な体が広がり、キラキラ光る骨片と、繊細な煙突のような突起をもつ美しい生きものだった（図1）。その美しさに魅かれ、またこれなら細胞レベルで個体形成を解析できそうだと思い現在の研究をスタートした。カイメン（海綿）は、カワカイメンを含むほとんどの種が属する「ふつうカイメン」、石灰を骨格に用いる「石灰カイメン」、体の一部の細胞がつながって多核の大きな細胞となっている「ガラスカイメン」の3つに分けられる。カワカイメンのように淡水に棲む種も多い。カイメンは現存する多細胞動物の中で進化的に最も古い動物門とされており（図2）、進化発生学的に非常に重要な生きものである。ただカイメンが他の多細胞動物と枝分かれしてから約6億年以上もの時間が経っているので、現在のカイメンは起源的な多細胞動物と同一ではない。とはいえ、起源的な多細胞動物が持っていた特徴やしくみの一部を今も保持している可能性は高い。多細胞生物ならではのさまざまなしくみの起源を、カイメンに探ることができるのである。

さらに興味深いことが見つかった。通常、アーキオサイトが分化する過程でPiwi遺伝子は発現しなくなるのだが、襟細胞へ分化したときだけはPiwi遺伝子が発現し続け、成熟した襟細胞でも発現が続いていたのだ。実はカイメンには生殖幹細胞がなく、有性生殖の際にはアーキオサイトと襟細胞が減数分裂して配偶子を生み出すことが知られている。つまり、襟細胞は少なくとも有性生殖時期は全能性を持っていることになる。さらに他のカイメン研究で、アーキオサイトが多数必要になる特別な状況（芽球の形成時や体の再生時）では、襟細胞が脱上皮化してアーキオサイトになるということも観察されている。これらの知見と私たちの研究を考え合わせると、襟細胞は特定の機能を担う分化細胞でありながら、常に幹細胞の性質を維持している特別の細胞だと考えられる。そこで私たちは、「ふつうカイメン」の幹細胞システムは、常に幹細胞としてはたらいているアーキオサイトと、通常は食細胞として機能していながら、時には幹細胞に変化できる幹細胞の控えのような役割も果たす襟細胞からなる、というモデルを提唱している（図4）。
 

カイメンの襟細胞は、単細胞動物である立襟鞭毛虫に形態が似ている（図5）。立襟鞭毛虫には集合体を形成する種もあり、現存する単細胞動物の中で最も多細胞動物に近い。起源的な多細胞動物は立襟鞭毛虫に似た同じ細胞の集合体で、そこからさまざまな細胞が役割分担して個体をつくる多細胞動物が進化したと考えられている。ここから私たちは幹細胞の進化のシナリオを図6のように考えてみた。立襟鞭毛虫のような細胞の集合体である起源的な多細胞動物（図6：ステップ1）の細胞の中で、自己複製（分裂）能力が一部の細胞に限られるようになった時、自己複製できる細胞を「幹細胞」、できない細胞を「非幹細胞」と呼ぶことができる（図6：ステップ2）。動物の体が複雑になり、自己複製の可能な細胞が複数の細胞種を生み出せるようになれば、それは「多能性幹細胞」と呼べるだろう（図6：ステップ3）。動物の体がより大きくなって体の内部にも細胞をもつようになると、上皮に存在する幹細胞がすべての細胞に分化して体を作ることが難しくなるに違いない。そこで体内を移動できる幹細胞が発達したのではないか（図6：ステップ4）。このシナリオの上にたてば、上皮に存在する起源的な幹細胞をカイメンの襟細胞と、体内を移動できる後から進化した幹細胞をアーキオサイトと結びつけて考えられるのではないだろうか。私たちはすでに、蛍光ビーズをカワカイメンの襟細胞に取り込ませて細胞ソーター（註3）にかけ、襟細胞のみを単離する方法を開発している。将来、襟細胞とアーキオサイトで発現遺伝子の網羅的な解析を行い、立襟鞭毛虫のゲノムと比較することで幹細胞の起源と進化を考察したいと計画中である。
 

似たような形には、同様な形成のしくみが働いている。裏を返せば、他に類のない形には、これまで知られていない新しいしくみが隠されていると期待できるということだ。深海に棲むガラスカイメンでの研究は難しいが、カワカイメンの芽球を用いれば、骨片骨格の形成過程を始めから解析できる。骨片骨格はテントの柱や梁のようにカイメンの上皮を持ち上げて、体内空間を保持し拡張している。私たちは最近、骨片形成細胞により作られ細胞外に放出された骨片をダイナミックに運び、組み立てる、まるで大工さんのような細胞（骨片運搬細胞と名付けた）が存在することを初めて明らかにした。進化的に最も古い多細胞動物において、すでに複数種の細胞による複雑な協調作業のしくみがあるのだ（図8）。さらに人間がビルを建てる場合と違い、カイメンの体の中の大工さん細胞達は、完成図に向かって骨片を組むのではなく、建設中にその場その場で体内空間の形や大きさ、上皮を支えるために必要な力、さらには水流などの環境条件をも感知して、骨片を立てる位置や骨片どうしのつなげ方を判断しているらしいのだ。どのように骨片を組み上げるか判断するロジックを明らかにできれば、それを応用して水中などで環境の力に最適な形で、しかもいつでも空間が拡張可能なカイメン骨片骨格のように美しい建物も建てられるかも知れないというのが、現在私が描いている夢である。カイメンの分子生物学的な研究はまだ例が少なく、実験系もすべて一から立ち上げなくてはならないが、多細胞動物の起源に迫る思いがけないしくみが見えてくることを楽しみにして研究を続けている。