Investigation of the early evolutionary process of the unique defensive organs of snakes that utilized sequestered toxins from prey: Possible diversification in ancestral species

Research Project

Project/Area Number	23KK0129
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	森哲京都大学, 理学研究科, 教授 (80271005)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	江頭幸士郎北九州市立自然史・歴史博物館, 自然史課, 学芸員 (10738826) 森直樹京都大学, 農学研究科, 教授 (30293913) 酒井理東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 特別研究員 (50984837) 城野哲平京都大学, 理学研究科, 准教授 (70711951)
Project Period (FY)	2023-09-08 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥21,060,000 (Direct Cost: ¥16,200,000、Indirect Cost: ¥4,860,000) Fiscal Year 2026: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000) Fiscal Year 2025: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000) Fiscal Year 2024: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000) Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords	防御器官 / 頸腺 / 爬虫類 / 進化 / インドネシア
Outline of Research at the Start	ヤマカガシは皮膚毒を持つヒキガエルを食べて、その毒を頸部の下にある頸腺という特殊な器官に溜め、自分の防御に再利用する。頸腺は、餌毒の取込みや防御への転用に関わる生理的、機能的、行動的特質が統合された特異的な防御システムであるが、その進化的起源は不明である。本研究では、新規な器官の多様化は進化の始まりの段階で起こり、進化初期の「試行錯誤」の末に、機能的に最も効果的な形状をした器官が採用され、安定化した状態が維持されていくという仮説を立て、多様な頸腺類似器官を持つヤマカガシ類が分布するインドネシアにおいて、形態学的、生化学的、行動学的特質を比較し、新規な防御システムの初期進化過程を推察する。
Outline of Annual Research Achievements	研究代表者の森と分担者の城野と酒井が3月に10日間ジャワ島のボゴール動物学博物館を訪問し、共同研究者のシャフィトリ・アニータ博士とこれからの研究計画の具体的な遂行方法について協議した。また、バンテン地域に赴いて、アカクビヤマカガシの採集を試みた。フィールドでの捕獲数は少なかったが、現地協力者があらかじめ捕獲しておいた個体も合わせて、11個体を得ることができた。これらを用いて、ボゴール動物学博物館にて頸腺からの毒液の噴出実験を行った。さらに、個性を評価するための実験デザインとプロトコールの確定に向けての予備的実験も実施した。この際には、既に博物館で飼育していたシロハラヤマカガシも用いた。前者の実験では、高確率で毒が噴出することを確認した。また、個性評価の実験手順もおおよそ確立できた。また、上記２種を用いての水環境利用頻度の飼育観察実験の計画立案、および、これらの頸腺の組織切片作成のための打ち合わせを行った。その後、同博物館の親機間である国立研究革新庁のスタッフ等も招いて、分担者の酒井が動物の個性研究に関する講演を行い、現在の動物行動学および進化生物学における個性研究の重要性について紹介した。さらに、アニータ博士と2024年度の計画を協議し、2024年8月にボルネオのクチンで開催される世界爬虫両生類会議で本共同研究に関わる成果の発表を行うこと、その後、キガシラヤマカガシの採集を目的にカリマンタンのフィールド調査を実施することを決定した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度は半年間の調査期間しかなかったものの、目的種のうち２種をすでに捕獲し、主要な実験に取り組むことができた。今後の研究計画についても十分な協議を行うことができ、2024年度の具体的な実施計画もほぼ確定した。
Strategy for Future Research Activity	2024年度はキガシラヤマカガシの採集を主目的として8月にカリマンタンを訪問する。可能であれば、アオクビヤマカガシの採集も試みる。カリマンタンでは、パランカラヤ大学の研究者の協力が得られることを確認済みであり、捕獲したヘビの行動実験および頸腺毒の採取は本大学の教員と学生とともに実施する。特にキガシラヤマカガシにおいては、頸腺の有無および防御行動の個体間変異と、個性との関連性に着目して分析する。2024年度の後半にはスラウェシを訪れ、シロハラヤマカガシの採集と行動実験をさらに追加する。 2025年度はスマトラへの渡航を中心に行ってアオクビヤマカガシを採集し実験する。また、ジャワでのアカクビヤマカガシの採集と実験も行う。2026年度はサンプル数が十分でない種の追加捕獲をするとともに、ニューギニア島西部（東インドネシア）に生息する近縁属の捕獲も試みる。対象種は上記のヤマカガシ属4種だけでなく、頸腺類似器官の存在が未知の近縁属であるソウカダ属3種およびオーストラリアヒバァ属5種も適宜採集を試みる。ヤマカガシ属4種において妊娠雌が得られた場合は、飼育下で産卵させ、孵化幼体を用いて、防御ディスプレイ、ヒキガエルへの嗜好性、および頸腺様構造物の大きさや形状を個体ごとに確認し、これらの形質間の相関関係を調べる。また、ヒキガエルを給餌して一定期間育て、その後の防御反応の変化、餌毒の蓄積量、頸腺様構造物の大きさや形状の発達の有無を分析し、それぞれの形質間の関連性を調べる。