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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Study on the novel locomotor organs in early evolution of vertebrates: deciphering the evolutionary mechanisms from evo-devo and paleontological perspectives

Research Project

Project/Area Number 22H01341
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionThe University of Tokyo

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)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords進化 / 古生物学 / 進化発生学 / 化石 / 脊椎動物
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。

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。

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。

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Origin of the propatagium in non-avian dinosaurs2023

    • Author(s)
      Uno Yurika、Hirasawa Tatsuya
    • Journal Title

      Zoological Letters

      Volume: 9 Pages: 4

    • DOI

      10.1186/s40851-023-00204-x

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Morphology of Palaeospondylus shows affinity to tetrapod ancestors2022

    • Author(s)
      Hirasawa Tatsuya、Hu Yuzhi、Uesugi Kentaro、Hoshino Masato、Manabe Makoto、Kuratani Shigeru
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 606 Pages: 109~112

    • DOI

      10.1038/s41586-022-04781-3

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lung evolution in vertebrates and the water-to-land transition2022

    • Author(s)
      Cupello Camila、Hirasawa Tatsuya、Tatsumi Norifumi、Yabumoto Yoshitaka、Gueriau Pierre、Isogai Sumio、Matsumoto Ryoko、Saruwatari Toshiro、King Andrew、Hoshino Masato、Uesugi Kentaro、Okabe Masataka、Brito Paulo M
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 11 Pages: e77156

    • DOI

      10.7554/eLife.77156

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 四肢動物の初期進化に関する古生物学的および進化発生学的研究2023

    • Author(s)
      平沢達矢
    • Organizer
      両生類研究センターバイオリソース棟落成記念シンポジウム
  • [Presentation] トラザメやハイギョの胸鰭と比較したアホロートルの前肢の発生過程2023

    • Author(s)
      梅山遼太、平沢達矢
    • Organizer
      両生類研究センターバイオリソース棟落成記念シンポジウム
  • [Presentation] Evolutionary developmental perspective for the forelimb-to-wing transition2023

    • Author(s)
      Hirasawa Tatsuya
    • Organizer
      2nd International Pennaraptoran Dinosaur Symposium
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 放射光X線マイクロCTを用いたデボン紀脊椎動物化石の骨格形態および組織構造の精密観察2022

    • Author(s)
      平沢達矢
    • Organizer
      SPring-8シンポジウム2022
    • Invited
  • [Presentation] 古生物学と進化発生学の融合研究から探る脊椎動物の形態進化2022

    • Author(s)
      平沢達矢
    • Organizer
      生理研心血管研究会 シンポジウム「進化発生生物学で紐解く環境適応システムの変化」
    • Invited
  • [Presentation] Evolution of the propatagium in theropod dinosaurs: analyses of articulated fossil skeletons and extant avian embryos2022

    • Author(s)
      Uno Yurika、Hirasawa Tatsuya
    • Organizer
      82nd Annual Meeting, Society of Vertebrate Paleontology (Toronto, Ontario, Canada
    • Int'l Joint Research
  • [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)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シンクロトロン放射光X線マイクロCTによる脊椎動物化石の形態観察2022

    • Author(s)
      平沢達矢
    • Organizer
      定量生物学の会第10回年会
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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