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生き物の体の中で何が起きているかを調べるとき、これまでの観察はどうしても「部位ごと」でした。脳なら脳、心臓なら心臓、腎臓なら腎臓と、見たい場所を決めて顕微鏡をのぞく。それぞれの分野が深まった一方で、脳と腸、筋肉と皮膚のように、離れた場所の細胞が同じ瞬間にどう動いているかは、ほとんど記録されてきませんでした。
2026年9月、アメリカのハワード・ヒューズ医学研究所（HHMI）ジャネリア研究所のVirginie Ruetten氏らが、その壁を越える観察法を『Nature』に発表しました。名前は「WHOLISTIC（ホリスティック）」。生きた魚の体じゅうの細胞の活動を、ほぼ全部まとめて、秒単位で撮り続ける仕組みです。
WHOLISTICの仕組み
土台になっているのは「カルシウムを見る」という考え方です。細胞の中のカルシウム濃度は、神経が信号を出すとき、筋肉が縮むとき、腺が分泌するときなど、細胞がなにか仕事をするたびに上がったり下がったりします。そこで、カルシウムが増えると光る「GCaMP7f（ジーキャンプ）」というタンパク質を、遺伝子操作で細胞に作らせておけば、細胞の活動を光の強さとして撮影できます。
この方法自体は脳の研究では定番で、Ruetten氏の所属するAhrens研究室は10年ほど前に、ゼブラフィッシュの稚魚の脳全体をこの手法で撮ることに成功しています。今回はそれを脳の外まで広げました。
ポイントは大きく3つあります。
1つ目は、光るセンサーを「ほぼすべての細胞」に入れたことです。特定の細胞だけでなく、体じゅうで働く遺伝子のスイッチ（ユビキチンプロモーター）を使い、さらにセンサーの量を増やす仕掛けを組み合わせて、筋肉・肝臓・腎臓・腸・脳・皮膚まで、ほぼ全身が光るゼブラフィッシュの系統を作りました。
2つ目は、透明な魚を使ったことです。ゼブラフィッシュの稚魚（受精後1〜2週間ほど）は体が透けているので、外から内臓まで見えます。研究チームはこれに加えて、大人になっても透明なままの小型魚「Danionella cerebrum（ダニオネラ）」でも同じ系統を作り、成魚でも撮れることを確かめています。
3つ目は、撮った動画を細胞ごとの活動に分解する計算の仕組みです。脳と違って体は、筋肉や腸が動くたびに細胞の位置がずれます。そのずれを画像処理で補正し、細胞ひとつひとつの明るさの変化を取り出したうえで、似た動き方をする細胞をグループに分けていきます。すると、腎臓、胆のう、肝臓、腸、筋肉といった組織のまとまりが、活動パターンだけから浮かび上がってきました。
顕微鏡は、脳の観察で使われることの多い光シート顕微鏡ではなく、スピニングディスク共焦点顕微鏡という、生物学の研究室ならわりと置いてある機種を選んでいます。体の組織は脳より光が散りやすく、試した中でこの方式が一番安定したためです。特別な装置がなくても再現しやすい、という点も研究チームが意識しているところです。
上の画像のように、一匹の魚の体全体で、脳・筋肉・内臓の細胞が同時に明るさを変えていく様子が、そのまま1本の動画として残ります。
撮ってみて分かった意外な反応
全身をまとめて撮ると、「この組織を見よう」と決めていなかった場所からも発見が出てきます。研究チームが最初に気づいたのは、ほとんどの細胞が、何も刺激を与えていない安静時でも、秒単位でカルシウムを揺らし続けているということでした。カルシウムが細胞の活動に関わることは知られていましたが、体じゅうの多くの種類の細胞が普段からこうして動いていると実際に示した例はなかったそうです。
刺激を与える実験では、いくつか予想外の反応が見つかっています。
ひとつは軟骨です。10℃に冷やした水を入れると、軟骨を作る細胞（軟骨細胞）が反応して光りました。この実験では魚を麻酔で眠らせ、神経や動きの影響を取り除いているので、軟骨細胞が神経を介さずに冷たさそのものに反応していることになります。軟骨は関節の骨の表面などを覆っている組織で、こうした反応はこれまで知られていませんでした。
もうひとつは、麻酔薬でもあり、うつ病の治療薬としても研究されているケタミンです。脳に効く薬なので神経細胞が反応するのは当然として、脳の外側を包む境界の細胞、いわゆる髄膜（ずいまく）のあたりの細胞も一緒に反応していました。薬の効き方を調べるとき、脳の神経だけを見ていると見落とす反応がある、ということです。
筋肉でも新しいつながりが見えました。体の背中側の筋肉のうち、首に近い前の部分だけが、背中の残りの部分ではなく、お腹側の筋肉と一緒に動いていたのです。神経をたどると、この部分には脊髄からの神経とは別の神経が届いていて、独立して動かせる配線になっていました。魚の筋肉は昔からよく調べられている組織ですが、それでも見落とされていた組み合わせがあったわけです。
腎臓では、細胞の活動が管に沿って波のように伝わり、しかも連続ではなく、間をあけて断続的に起きていました。腎臓のろ過は連続的に進むものと考えられてきたので、短い時間で見ると実は脈打つように動いているのかもしれない、と研究チームは書いています。ここは今後の確認が必要な部分です。
さらに、魚が10分以上じっとしている「休んでいる時間」だけに現れる、3〜7分周期のとてもゆっくりした波も見つかりました。出どころを追いかけると、神経細胞ではなく、脳や脊髄の中で脳脊髄液（のうせきずいえき）に接している「上衣（じょうい）細胞」という細胞でした。睡眠との関係が考えられていますが、これも今のところ仮説の段階です。
酸素が減ったとき、腸への血を止めていたのは脳だった
この論文でいちばん読みごたえがあるのは、酸素不足の実験です。
研究チームは、魚の周りの水の酸素を通常の21%から10%に下げ、15分ほど酸素不足の状態にしてから、また元に戻す、というサイクルを繰り返しながら全身を撮影しました。すると、腸や肝臓、腎臓といった消化器まわりの細胞で、カルシウムの基準値がまとめて上がっていきます。ところが脳のほうは、同じ血が流れてきているはずなのに、それほど変わりません。
なぜ場所によって差が出るのか。動画をよく見ると、内臓に血を送る「腸間膜動脈（ちょうかんまくどうみゃく）」という血管が、酸素不足のあいだ細く締まっていました。血管を染めた別の魚で測り直すと、たしかに直径が縮んでいます。赤血球を光らせた魚で血の流れを追うと、腸への血流は酸素不足のあいだほぼ止まり、酸素が戻ると再開していました。一方、脳と筋肉への血流はほとんど変わっていません。
酸素が足りないときに体が内臓への血を減らし、脳や筋肉を優先する。この反応自体は哺乳類でも知られていますが、生きた体の中でリアルタイムに撮られたのは初めてです。
ここからが本題で、研究チームは「これを決めているのは誰か」を確かめにいきます。
まず、神経の働きを止める麻酔薬（トリカイン）を使うと、酸素不足にしても腸の血流は減らなくなりました。血管が勝手に締まっているのではなく、神経が締めさせている、ということです。
次に、脳幹にあたる後脳（こうのう）の神経だけを、光を当てると活動が止まるように遺伝子操作した魚を用意しました。酸素不足の状態で後脳に光を当てると、数秒のうちに腸へ血が流れ始めます。光を当てているあいだは、酸素が足りないままでも腸の血流はほぼ正常に保たれ、光を止めるとまた減りました。心臓など別の場所に光を当てても、何も起きません。
上の図のように、酸素が減ると脳幹からの指令で腸への動脈が締まり、脳と筋肉へは血が流れ続ける。そして脳幹を止めると腸に血が戻る。つまり腸への血を止める判断は腸ではなく脳幹が下していて、その指令の通り道も、動脈に沿って走る交感神経の細胞として同じ動画の中で特定されています。この回路は、受精から7日目の稚魚ですでに出来上がっていました。
「腸が苦しそうだ」という現象を見ただけなら、原因は腸の側にあると考えてしまいそうです。全身を同時に撮っていたからこそ、離れた場所にいる脳幹の神経と腸の血管を同じ時間軸で結びつけられた。この論文の一番の主張は、個々の発見そのものより、こうした「離れた場所どうしのつながり」を探せる道具ができた、という点にあります。
この方法でできること、まだできないこと
研究を主導したRuetten氏は、この仕組みが「細胞」と「個体」という生物学の2つの尺度に橋をかけたと述べています。研究室を率いるAhrens氏は、脳だけを見て行動を理解しようとするのは、大きな会社をひとつの部署だけ見て理解しようとするようなものだ、とも話しています。
とはいえ、できることには今のところ範囲があります。
まず、対象はゼブラフィッシュの稚魚（一部はダニオネラの成魚）です。人やマウスの体は光を通さないので、この方法をそのまま当てはめることはできません。魚で見つかった仕組みのうち、どれが人にも共通するかは、別の方法で確かめる必要があります。
撮影中の魚は、寒天の中に埋めて固定されています。泳いでいる状態ではありません。研究チーム自身も、自由に動いている魚で撮れるようにするのを次の課題に挙げています。
撮っているのはカルシウムだけです。細胞どうしのやりとりには電気信号やホルモン、代謝物など多くの経路があり、カルシウムはその一部を映しているにすぎません。センサーを取り替えれば他の物質も撮れる設計なので、これから広がる余地はあります。
撮影の速さは、体の前3分の1（主な内臓が集まる範囲）を1秒に0.3回ほど立体で撮るペースです。神経の速い信号を細かく追うには足りませんが、体じゅうの組織のゆっくりした動きを比べるにはこれで十分だと研究チームは見ています。
そのうえで、論文の細胞の見分けには、体を丸ごと最大5倍に膨らませて中を細かく見る「全身膨張顕微鏡法」という手法も組み合わせられていて、動画で見つけた光の正体を、あとから解剖学的に確かめる流れができています。上衣細胞や交感神経の特定は、この組み合わせで行われました。
研究チームは、作った魚の系統を研究者に配り、解析プログラムも公開しています。使う顕微鏡が一般的な機種なので、他の研究室でも取り入れやすい設計です。薬の副作用が体のどこに出るか、病気のときに臓器どうしのやりとりがどう崩れるか、といった問いに、今後この方法で取り組む研究が出てくることになりそうです。
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画像について
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出典
Ruetten, V. M. S. et al. “Imaging cellular activity across all organs reveals body-wide circuits.” Nature（2026年9月9日公開、オープンアクセス）
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10979-6
HHMI プレスリリース “A ‘WHOLISTIC’ View of Cellular Communication Across an Entire Animal”
https://www.hhmi.org/news/wholistic-whole-organism-cellular-imaging-zebrafish
ScienceAlert “Scientists Can Now Watch ‘Conversations’ Between Cells Across The Body of a Living Animal”（Jess Cockerill、2026年9月12日）
https://www.sciencealert.com/scientists-can-now-watch-conversations-between-cells-across-the-body-of-a-living-animal
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