Functional constraint brought by the acquisition of wings in insects

Research Project

Project/Area Number	24K02080
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 45030:Biodiversity and systematics-related
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	吉澤和徳北海道大学, 農学研究院, 准教授 (10322843)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	沓掛展之総合研究大学院大学, 統合進化科学研究センター, 教授 (20435647)
Project Period (FY)	2024-04-01 – 2029-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000) Fiscal Year 2028: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000) Fiscal Year 2027: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000) Fiscal Year 2026: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000) Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Keywords	胸部形態 / 昆虫 / 機能的制約 / 翅 / 機能形態学 / 種間比較 / マイクロCT
Outline of Research at the Start	4枚の翅を備る有翅昆虫は，真核生物最大の巨大分類群である．有翅昆虫は非常に多様性に富んでいる．一方，体が頭・胸・腹部に分かれるという，昆虫の基本構造は極めて安定している．「昆虫の多様化に最大の貢献を果たしたと考えられる飛翔機能の獲得が，一方で基本構造多様化の道を閉ざしたのではないか？」これが今回の研究の仮説である．この仮説へのアプローチとして飛翔機能を二次的に失ったことでのみ可能となった新奇機能を明らかにする．
Outline of Annual Research Achievements	初年度は主に，uCTおよびDNA解析用のサンプル収集のためのフィールド調査を行った．西表島と新潟県への遠征の他，札幌市近郊でも複数回のサンプリングを行った．跳躍を行う昆虫とその近縁種の他，様々な水生昆虫を収集し，次年度以降の解析の準備を整えた．ハイスピードカメラを導入し，撮影条件の検討を行った．今年度設定した条件のもと，次年度以降撮影と解析を開始する．胸部進化に係る研究として，蝶の翅の基部構造の比較形態とそれに基づく系統解析を行った．2次的に翅をたたむ機能を消失させ，また非常に翅が幅広く進化したチョウを対象に，その基部構造を解析することにより，胸部から翅に力を伝える構造が強化されている様子を確認することができた．またこの情報に基づいて系統解析を行うことにより，形態から初めて，狭義のアゲハチョウ上科の非単系統性を確認することができた．論文は現在投稿中である．またドイツとの国際共同研究として，チャタテムシの形態に関する研究を行った．現生および化石標本を用いた形態学的研究を行い，コチャタテ亜目の新たな固有派生形質を胸部から見出した．またここで得られた新たな系統情報に基づき，コチャタテ亜目の高次系統解析を行った．その結果，分子やゲノムをベースとした系統解析の結果とよく一致する系統樹が得られた．鞘翅目チビドロムシ科での跳躍行動の進化に関するサブプロジェクトを開始した．後述のとおりサンプリングには若干の問題があったが，過去に得られたサンプルやデータの解析を開始し，一定の進展は見られた．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 西表の調査では，跳躍を行う甲虫であるメダカチビドロムシのDNAサンプルの収集を予定していた．数年前に採集実績のあるポイントで調査を行ったものの，該当する昆虫の発生が一切見られなかった．チビドロムシの系統推定と胸部筋肉系の進化は，最初に取り組むサブプロジェクトと予定していたものの，この事により翌年以降に延期せざるを得なかった．その他に関しては予定通り進行している．
Strategy for Future Research Activity	25年度前半もサンプル収集を継続して行い，後半でSPring8での解析を予定している．24年度に採集できなかったメダカチビドロムシは，時期をずらして西表島のポイントで調査を行う他，沖縄本島でも採集実績のあるポイントで調査を行い，確実に入手し，サブプロジェクトを進行させる．