2020 Fiscal Year Research-status Report
Studies on the evolution of mating systems and parental care patterns of the cichlid fishes in the ancient African lake: ecological, cognitive and neurophysiological approaches.
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20KK0168
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
安房田 智司 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60569002)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀田 崇 京都大学, 文学研究科, 特別研究員(PD) (70875088)
福田 和也 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 助教 (20882616)
守田 昌哉 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 准教授 (80535302)
幸田 正典 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (70192052)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | 婚姻形態 / 子育て / 協同繁殖 / カワスズメ科魚類 / 中枢神経基盤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、タンガニイカ湖産カワスズメ科魚類の協同繁殖種を対象に、野外調査、水槽実験、遺伝子実験と脳生理学実験から、（1）協同繁殖種の生態解明と進化要因の特定、(2)協同繁殖グループの「顔認知」に基づく個体識別と親子間の音声シグナル、（3）多様な婚姻形態を維持する中枢神経基盤を解明することを目的とする。
2021年度は海外渡航ができなかったため、これまで取り組んできた生態情報が乏しい3種について野外観察データの分析およびDNAを用いた血縁解析を行なった。砂地に生息する2種Lepidiolamplorogus sp. “meeli-boulengeri”とNeolamprologus multifasciatus、深場の岩礁域に生息するN. bifasciatusを調べた結果、3種ともに協同繁殖種であることが分かった。ヘルパーは繁殖個体の巣でなわばり防衛と巣のメンテナンス（砂出し）を行い、繁殖個体に巣に留まることを許されていた。砂地の2種について血縁解析を行なった結果、ヘルパーの大部分はその巣の親の子であることが分かった。特にこれら2種では、捕食圧の高い砂地に生息することが子の分散遅延、そしてきょうだい間闘争に強く関係し、これらのことが協同繁殖の進化に貢献していることが初めて明らかになった。また、生殖腺の解析から、ヘルパーは3種ともに雌雄のどちらも存在し、生殖腺が未成熟であることから繁殖に参加しないことが分かった。近年発表されたタンガニイカ湖産シクリッドの最新の分子系統樹（Ronco et al. 2021 Nature）に今回の結果を当てはめると、全て別のクレードから独立して協同繁殖が進化しており、本研究で初めて、タンガニイカ湖産シクリッドで協同繁殖が5回平行進化したことが明らかになった。N. bifasciatusの協同繁殖については、現在、学術雑誌に投稿中である。
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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
研究内容の（1）協同繁殖種の生態解明と進化要因の特定については、これまでの研究の蓄積もあり、予定していた4種のうち3種の社会構造と協同繁殖の実態を概ね明らかにできた。新型コロナウイルスの蔓延でタンガニイカ湖での野外調査ができなかったものの、その分、データ分析、DNAの血縁解析や執筆活動を進めることができたので、全体としては大きな進展があったと言える。今後、海外渡航が可能になり次第、これまでのデータを元に、3種の協同繁殖に関係した仮説を操作実験などにより解明していく。また、Julidochromis marlieriにおける古典的一妻多夫についても、操作実験、親子判定や血縁推定を大規模に進めることで世界で初めて証明にできる。
研究内容の(2)協同繁殖グループの「顔認知」に基づく個体識別と親子間の音声シグナルついては、対象種が国内で手に入ることを確認し、飼育を開始したところである。水中マイクで録音する予備実験を行い、今後本格的に実験する段取りとなっている。
研究内容の(3）多様な婚姻形態を維持する中枢神経基盤については、対象種を決定した。水槽内で一夫一妻と共同的一妻多夫の異なる配偶システムを作成できるJulidochromis transcriptusと協同繁殖研究が最も進んでいるNeolamprologus pulcherである。分担者らとどのような段取りで研究を進めていくかを議論した。現在、これら2種の脳を取り出し、脳地図の作成を試みている。今後、実際に水槽で行動実験を行い、社会行動に関係して活動が見られる脳領域の比較などを行う。
以上のように、実質5ヶ月という短い研究期間ではあるが、（1）協同繁殖種の生態解明と進化要因の特定については大きな進展があり、概ね順調に研究が進んでいると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
海外渡航が可能になり次第、ザンビアに渡航し、タンガニイカ湖で野外調査を行う。また、ドイツのマックス・プランク研究所に渡航し、国際共同研究者と水槽実験を行う。渡航が困難な場合、水槽実験を大阪市立大学で実施する。
（1）社会構造や協同繁殖の実態がある程度明らかになった3種については、野外操作実験により、繁殖場所や隠れ場所となる巻貝の空殻の数を操作し、繁殖個体やヘルパーの行動に与える影響を調べる実験を行う。また、N. bifasciatusについては、新たに野外採集を行い、血縁解析を実施する。また、未調査のN. buescheriについては、繁殖生態の調査と血縁解析を行い、社会構造を解明する。さらに、魚類では世界初となる古典的一妻多夫のJulidochromis marlieriについて、操作実験、親子判定や血縁推定を大規模に進める。
（2）認知については2つの研究を本格的に実施する。1つ目は国際共同研究者のもとで行うN. pulcherの「顔認知」に基づく個体識別実験である。海外渡航が不可能な場合は、実験を大阪市立大学で行うが、国際共同研究者とはweb会議などで研究内容を共有し、内容によってはドイツでも進める。2つ目は、親子間の音声シグナルである。現在飼育している口内保育種Xenotilapia flavipinnisについて、親が子に発する音を水中マイクで記録し、解析する。録音声を水中で再生し、音だけで子は反応するのか、親の姿と音で反応するのかなど、様々な実験を行い、魚類初となる親子間の音声シグナルを解明する。
（3）まずは、J. transcriptusとN. pulcherの脳地図を完成させる。その後、社会行動に関係して活動が見られる脳領域、そして社会行動に関係するバソトシンやイソトシンの産生ニューロンや各受容体の脳内分布を特定し、脳内神経活動も定量化する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの感染拡大により、海外調査および海外合同研究が不可能であったので、旅費や人件費に関わる費用を繰り越した。この繰越金を、2021年度の旅費や人件費、その他の項目に使用する。
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