The extending mechanism of the cuttlefish's tentacle
Project/Area Number |
20K15605
|
Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 40040:Aquatic life science-related
|
Research Institution | Nihon University |
Principal Investigator |
大村 文乃 日本大学, 芸術学部, 研究員 (50735561)
|
Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
|
Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
|
Keywords | コウイカ / 形態 / 捕食 / コブシメ / 触腕 / 機能形態 |
Outline of Research at the Start |
イカ類は2本の長い触腕を瞬時に伸ばして餌生物を捕捉する。水の粘性に抵抗し触腕を瞬時に伸ばすためには、強い力を出しその動きを可能とする構造が必要である。触腕の起始部の硬い部分を運動の支点とするとともに、腕を補助的に利用することで触腕の瞬時な伸縮が可能となると申請者は考えた。そこで本研究では、イカ類の触腕が粘性のある水中で瞬時・強力な伸縮を可能とするメカニズムを、最先端の3次元的形態観察および独創的な飼育実験・機械学習を用いた動画解析を通じて詳細に明らかにする。本研究成果の応用によりイカ類を養殖する際の給餌技術の向上や、生物模倣技術としての工学的応用が期待できる。
|
Outline of Annual Research Achievements |
海洋は地球表面の約71%を占めており、そこには多様な海洋生物が生息する。海洋は陸上と異なり水の粘性が存在するため、海洋生物は水の粘性に抵抗して運動する必要がある。生物は環境に適した運動様式をもつため、その運動のしくみを解き明かすことは海洋生物の環境適応戦略や多様性を理解する鍵となる。 海生軟体動物の中でも、特にイカ類は高い運動性を持つ。一般にイカ類は2本の長い触腕と8本の短い腕を持つ。特にコウイカ科は2本の触腕を収納するポケットのような構造が頭部にあり、ポケット内に触腕が“折りたたんで”収納されていると言われている。コウイカ科は触腕を捕食に用いる。触腕を伸ばして餌を捕らえ、その後触腕を体の方に引き、触腕で引いた餌を8本の腕で抱え込んで捕食する。この触腕を用いた捕食行動には多くの注目が集まってきた。しかし、触腕がどのような形態およびどのようなメカニズムを持ち、瞬時かつ強力な伸縮を行い捕食を可能にするかは不明な点が多い。 そこで本研究は、触腕の伸縮機構の解明を大目的とし、触腕の形態学的調査と捕食時の動画解析を行う。 まず形態学的調査として、どのように触腕が収納されているかを明らかにする必要がある。しかし、触腕がポケット内でどのような折りたたみ方がされているかは知見が乏しい。多くの場合、イカは死後に触腕がだらりと伸び、ポケットから出てしまうため、ポケット内の触腕の収納様式が詳細に観察された例はほとんど無い。そこで触腕がどのように収納されており、体全体に対してどのような構造をしているかを詳細に調査した。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
触腕の収納様式を明らかにすることができ、十分に進捗した。また、次年度のための予備実験も十分に行うことができた。本研究課題である触腕の伸縮機構の解明には、まず基礎的な形態学的理解が必要になる。多くのサンプリングや飼育実験により、触腕が収納されている状態の標本を観察する事に成功した。貴重なサンプルのため、解剖を成功させる必要があり、そのために多くの予備実験も行なった。 当該年度は、触腕が収納されている状態の個体の触腕の収納様式を明らかにした。サンプリングおよび飼育実験を行い、触腕が収納されている状態の個体を入手した。固定標本は70%エタノール中で保存した。解剖を行い、ポケット内の触腕の収納方法を肉眼および実態顕微鏡下で観察し、記録した。 解剖観察の結果、触腕はポケットに収納されており、全ての個体に共通の特徴と、個体ごとに異なる特徴が見られた。まず全ての個体に共通の特徴は、ポケットの奥から詰めて収納するのではなく、触腕柄が口側と反口側を行き来して円を描くように収納されていたことである。しかし、収納の方法は個体ごとに異なり、大きく2つのパターンが観察された。口側から観察すると、腕間膜間には触腕をポケットから出す穴がある。第一のパターンは、その穴から触腕掌部がすぐに出るよう収納されているパターンである。触腕掌部が最も口側にあり、そこから2周の円を描くように収納されている。第二のパターンは、触腕掌部はポケット内に収納され、穴の近くには触腕柄があるパターンである。 さらに研究を進捗させるために、孵化個体から成体までの飼育実験の予備実験も行い、次年度に行動データを取ることも可能となる。 また、本研究結果による学会発表も行っており、論文も執筆済みで現在査読中である。
|
Strategy for Future Research Activity |
今後はさらにイカの触腕の形態学的な観察に加え、飼育実験を行う。 令和3年度は、当該年度に引き続き、イカのサンプリングを市場および野外にて行う。当該年度ではマクロ形態学的な観察を主に行ったため、今後はマクロ形態学的な観察に加え、ミクロ形態学的な観察も取り入れてて触腕形態を明らかにする。触腕は特殊な筋走行をもち、筋断面積を変化させて収縮している可能性が高いと言われている。申請者の観察によると、触腕は位置により太さが異なる傾向が認められたため、どの部位がどのような筋形態になっているのかを、筋の組織学的な観察を行うことにより明らかにする。 また、捕食時の動画を撮影し、動画解析を行う。イカは飼育下に置き飽食状態だと、触腕を伸ばした捕食を行わないことがある。そこで飼育実験時には、飽食状態ではなく触腕を伸ばす個体を用いる。水槽でイカを飼育し、エビや魚を餌として与え、ハイスピードカメラもしくはデジタルカメラで捕食時の動画を撮影する。触腕の伸縮が撮影できた場合、動画を連続の静止画として処理し、形態に座標をとり、どの位置がどのように動いているかを座標の変化で明らかにする。また、コロナの状況により実施が可能な場合は野外でも同じように捕食が行われているかを、潜水調査により確認する。 令和4年度は、マクロ形態学的な観察として触腕の起止の構造を明確化に加え、触腕柄の筋走行全体を可視化する。大型の個体については解剖を、小型の個体については組織学的染色を行い、触腕の筋繊維走行を明らかにする。さらに令和3年度に引き続き飼育実験を行い、捕食時の動画解析を詳細に行う。これらの形態学的調査と動画解析の結果を照合し、どのような形態がどのように動いているかを調べる。
|
Report
(1 results)
Research Products
(3 results)