全能性

全能性（ぜんのうせい、Totipotency）

生物学における全能性とは、ある単一の細胞が、その生物を構成するあらゆる種類の細胞に分化する能力を持ち、最終的には機能する完全な生命体を一つ作り上げることのできる潜在的な能力を指します。これは、細胞が持つ最も初期段階に近い、高い分化能力の一つと位置づけられます。

植物細胞における全能性

植物細胞は、その全能性を比較的容易に示すことで知られています。例えば、葉や茎、根など、植物体のどの部位から採取した細胞であっても、適切な条件下で培養することで全能性を発揮させることが可能です。この性質は、植物の増殖技術や育種において非常に重要です。

具体的には、採取した植物細胞を、適切な栄養素が豊富で特定の植物ホルモン（オーキシンやサイトカイニンなど、その比率が重要となります）を含む特殊な培地で培養します。これにより、細胞は元の分化状態（特定の組織細胞としての性質）を失い、「脱分化」という過程を経て、カルスと呼ばれる不規則な形をした未分化な細胞の塊を形成します。カルスは、見た目には均一な細胞集団ですが、高い増殖能力を持ち、外部からの刺激に対して柔軟に応答する能力を秘めています。

このカルスを、さらに異なる種類の植物ホルモンバランスを持つ培地に移して培養を続けると、カルスの細胞は再び特定の組織や器官へと分化を始めます。この過程は「再分化」と呼ばれます。まず、地上部となる「不定芽」や、地下部となる「不定根」といった器官がカルスから直接形成されます。これらの不定芽や不定根が十分に成長すると、それらを適切な土壌や培養環境（例えば無菌的な条件下）に移し替えることで、最終的に元の植物体と遺伝的に全く同じ性質を持つ完全な一個体へと成長させることが可能です。この技術は、組織培養（マイクロプロパゲーション）として広く実用化されています。

このように、植物細胞は実験室条件下で脱分化・再分化のプロセスを経ることで、単一の細胞から効率的にクローン個体を再生させることができ、その高い全能性を示す典型的な例となっています。

動物細胞における全能性

一方、動物細胞の場合、植物細胞のように体の特定の部位から採取した体細胞（例えば皮膚細胞や筋肉細胞など）を単に培養皿で培養しても、そこから個体全体が形成されることはありません。一度分化した動物の体細胞は、通常は特定の細胞種としての機能を維持し、限られた範囲でしか増殖・分化能力を持ちません。

しかし、動物細胞の核には、一個体を形成するために必要な遺伝情報と、潜在的な全能性が保持されていることが示されています。これを証明した有名な実験の一つに、アフリカツメガエルを用いた核移植実験があります。この実験では、成熟したアフリカツメガエルの体細胞（例えば小腸上皮細胞や皮膚細胞など）から取り出した核を、予め自身の核を取り除いた（除核した）未受精卵の細胞質に移植しました。すると、この核移植を行った卵から、細胞分裂を経て胚へと発生し、最終的には正常なオタマジャクシ、そして成体へと発生させることが可能でした。この事実は、体細胞の核であっても、適切な細胞質環境（特に初期発生段階の卵細胞質）に置かれることで、発生をリスタートさせ、完全な個体を形成する能力（全能性）を発揮しうることを明確に示しました。この核移植技術は、後に哺乳類のクローン作成へと繋がる重要な発見となりました。

また、哺乳類の発生初期段階、特に受精卵が数回の細胞分裂を経てできる胚盤胞と呼ばれる時期に存在する「内部細胞塊（Inner Cell Mass, ICM）」と呼ばれる細胞集団も、非常に高い分化能力を持つ細胞として知られています。これらの細胞は、生物体を構成するほとんど全ての種類の細胞系列（外胚葉、中胚葉、内胚葉に由来する細胞）へと分化する能力を持ちますが、胎盤などの胚体外組織には分化しないため、厳密には多能性（Pluripotency）と呼ばれる能力を持つ細胞と定義されることが多いです。しかし、発生初期の段階では全能性に近い、極めて高い潜在能力を示しうるものであり、この内部細胞塊から樹立された細胞株は胚性幹細胞（ES細胞）として、再生医療、発生生物学の研究、疾患モデルの作成など、多岐にわたる生命科学研究の基盤として極めて重要な役割を果たしています。

全能性の概念は、生物の発生過程を理解する上で根幹をなすものであり、植物においては効率的な増殖技術や育種への応用、動物においてはクローン技術や幹細胞研究、再生医療など、現代の生命科学が直面する様々な課題解決に向けた研究の基盤となっています。

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