Study on the novel locomotor organs in early evolution of vertebrates: deciphering the evolutionary mechanisms from evo-devo and paleontological perspectives
| Project/Area Number |
23K22612
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| Project/Area Number (Other) |
22H01341 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17050:Biogeosciences-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平沢 達矢 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60585793)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | 進化 / 脊椎動物 / 筋骨格系 / 進化発生学 / 化石 / 古生物学 |
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| Outline of Research at the Start |
脊椎動物初期進化に注目し、舌と対鰭というともに体から突出して動く器官（新規運動器官）の獲得機序を解明する。そのため、両器官の発生を詳細に解析するとともに、古生代化石骨格の比較形態解析を展開、体のどの部分がどのように変化したことでそれぞれの新規運動器官が獲得されたのかを調べる。従来の進化発生学研究には不足している両生類のデータがこれらの問題を解く鍵であり、組織・細胞形態の観察や遺伝子発現解析に加えて、発生環境擾乱や遺伝子機能阻害を行う実験系を確立する。最終的には比較発生学的解析と古生物学的解析から示された獲得機序についてこの実験系による検証を試み、劇的な形態進化を可能とした条件の理解に迫る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、脊椎動物初期進化で生じた劇的な形態変化のうち、「舌」と「対鰭」という、ともに体から突出して動く器官（新規運動器官）の獲得機序を解明することを目指している。本年度は、特に、両生類（ニホンヒキガエルおよびアホロートル）の舌および前肢、比較のための魚類（トラザメ）の胸鰭について、組織切片およびシンクロトロン放射光X線マイクロCTを駆使して発生過程の精密組織観察を進めた。後者の技術については、本研究で新たに開発を進めているものであり、細胞、組織レベルの精密な三次元形態観察を行うための条件を絞りこむことができた。
前肢・胸鰭の発生については、脊髄神経や血管の発生にも注目し、ステム顎口類の化石に保存されている神経・血管孔の配置パターンの比較により、胸鰭が発生する位置（特に心臓に対する相対的位置）が脊椎動物初期進化過程で尾方にずれた可能性を見出した。この発見は、新規運動器官である胸鰭の祖先的状態の理解のために重要な一歩と位置付けられる。
また、年度末に新たにニホンヒキガエルの受精卵をサンプリング、飼育下で発生過程を追跡し、原舌の発生および四肢動物型の舌の発生について詳細に観察、記載する体制を整えた。四肢動物型類および外群の化石記録についても調査を進め、基盤的四肢動物型類では副歯骨および3つの鉤状骨が下顎吻端にあったが、石炭紀四肢動物（クラウン四肢動物）では副歯骨が消失し、鉤状骨が1つに減っていたことを確認した。この進化的変化は、舌の進化的起源と対応している可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
対鰭（胸鰭、前肢）の発生の精密組織観察や、化石記録における四肢動物型類の下顎骨格の調査は想定通り進めることができている。ニホンヒキガエルは3月に産卵するため、年度終わりごろに研究計画にある実験を開始したが、サンプリングは順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
舌および前肢の発生の精密組織観察の結果を土台にして、羊膜類ですでに同定されている筋や腱の形態形成関連遺伝子の遺伝子発現解析も含む、細胞・遺伝子レベルでの魚類（非四肢動物）との比較を展開する。その際、オーストラリアハイギョの胚を入手し、肉鰭や舌の発生についてのデータを得ることも計画している。また、ニホンヒキガエルについて、今後計画している実験操作（組織移植実験、薬剤投与実験、遺伝子機能阻害）に向けて発生の基礎的データの蓄積を進める。また、今年度から、新たな有尾両生類モデルとして、イベリアトゲイモリを研究に導入し、舌と前肢の発生の解析を進める。
化石四肢動物型類における下顎骨格の形態進化について、構成骨格要素のネットワーク解析等を駆使した比較解析を進めるとともに、現生種の下顎吻端の発生の観察を進め、副歯骨がどのような相対的位置で発生していた皮骨要素なのかを探る。
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
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[Presentation] Cranial morphology of Palaeospondylus2022
Author(s)
Hirasawa Tatsuya、Hu Yuzhi、Uesugi Kentaro、Hoshino Masato、Manabe Makoto、Kuratani Shigeru
Organizer
82nd Annual Meeting, Society of Vertebrate Paleontology (Toronto, Ontario, Canada)
Related Report
Int'l Joint Research
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