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2013 Fiscal Year Research-status Report

匂いによる色嗜好性の変化とその性差の神経行動学的研究

Research Project

Project/Area Number 24570084
Research InstitutionThe Graduate University for Advanced Studies

Principal Investigator

木下 充代  総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 講師 (80381664)

Keywords神経行動学 / 視覚 / 嗅覚 / 雌雄差 / 感覚統合
Research Abstract

本研究は、アゲハチョウの求蜜行動において視覚と嗅覚という異なる感覚が統合される神経基盤を明らかにすることを最終目標とし、3年間で神経行動学的に研究するための素地作りを行っている。初年度には、青にある生得的色嗜好性が、ミカンの樹木や花の匂いによって赤や黄色に変化すること、この匂いの影響に雌雄差があること、この雌雄差は触角受容と関係があることを明らかにした。平成25年度は、前年度に引き続き生得的色嗜好性における匂いの影響を行動実験によって調べ、つづいて神経基盤の研究に移行するための予備的実験を行った。
まず、生得的色嗜好性における匂いの影響を柑橘類以外の植物で調べた。求蜜未経験のアゲハが青・緑・黄・赤の色円板から最初に訪問する色を観察すると、ユリの花の匂いがあるとき赤を選ぶメスの個体数が増えたのに対し、ラベンダーでは匂いの影響が見られなかった。さらに、ミカンの花に含まれる主要4成分と10成分を混合した人工香のうち、10成分を含む人工香があるとき黄色を選ぶメスが増えた。以上は、特定の花の匂いが色嗜好性に影響すること、その匂い成分のうち比較的微量な成分が色嗜好性に影響することを示している。いずれの場合も、オスの生得的色嗜好性への匂いの影響はメスに比べて小さいようである。
次に、行動実験で観察された現象の神経基盤を調べる第一段階として、特に雌雄差の有無に注目して、網膜の構成と感度、触角および第一次触覚中枢(触角葉)の構成を神経組織学実験によって調べた。その結果、網膜ある3種類の個眼タイプの分布様式に明確な雌雄差はなかったが、メス触角葉を観察したところオスに比べて非常に発達した性特異的な3糸球体を発見した。この触角葉の雌雄差は、視覚と嗅覚の感覚統合における神経生理学的研究を進める指標になる具体的対象を神経系に見つけたことになる非常に大きな発見である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

視覚と嗅覚の感覚統合の神経基盤を神経行動学的に明らかにする研究素地を作ることを目的に、昨年度は行動実験によって現象を把握した。今年度は、昨年度に継続して行った行動実験によりさらに神経系の働きを予測すること、また生理実験に移行するため感覚系の関与を調べる予備実験を開始し十分な結果を得て、来年度に向けて明確な神経生理学的研究の方向性が決まったことが最も大きな進展である。
今年度私は、① 好きな色に影響する匂い物質が、植物の匂いに含まれる微量成分であること、嗅覚系特に触角葉にメス特異的に発達した3糸球体があることを見いだした。この二つから、メスの性特異的3糸球体は、植物の匂いに含まれる微量物質をオスより効率よく受容している可能性が高く、これが中枢で視覚情報と統合されるという仮説を立てた。一方、この系はオスでは非常に貧弱だろうことが予測できる。以上、今後の具体的研究方針に重要な仮説に短期間で到達できたことは予想外の成果と言える。また、触角葉の性的二型はこれまでチョウ類の触角葉には明瞭な雌雄差はないという常識を覆すものである。さらに、メスが特定の植物由来の匂いにより鋭敏である可能性が高いことは植物と昆虫の共進化を考える上でも大変興味深い成果である。

Strategy for Future Research Activity

予備実験の結果から立てた「メス触角葉にある性特異的3糸球体は、植物の匂いに含まれる微量物質をオスより効率よく受容している可能性が高く、これが中枢で視覚情報と統合される」という仮説の検証に向けて、触覚および触角葉の構成をより詳細に調べる。さらに、高次中枢において性特異的糸球体に対応する構造を神経組織学的に探索する。一方で、触覚の感度測定等より神経系の機能を明らかにする実験系の立ち上げを試みる。
また最終年度であることから、生得的色嗜好性が植物由来の匂いによって変化するという行動学的研究と触角葉の性的二型について学術論文にまとめる予定である

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

消耗品支出分を他研究費である程度補填できたことと、研究のサポートとして博士研究員を次年度に雇用する必用が出たため。
実験的研究のため、博士研究員を2ヶ月間雇用する。

  • Research Products

    (10 results)

All 2014 2013

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Color and polarization vision in foraging Papilio2014

    • Author(s)
      Kinoshita M, Arikawa K
    • Journal Title

      Journal of Comparative Physiology A

      Volume: 200 Pages: 513-526

    • DOI

      10.1007/s00359-014-0903-5

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 昆虫視細胞の分光感度2014

    • Author(s)
      蟻川謙太郎,若桑基博,木下充代
    • Journal Title

      日本応用動物学会会誌

      Volume: 58 Pages: 5-11

  • [Journal Article] Rough eyes of the northeast-Asia wood white, Leptedea amurensis2013

    • Author(s)
      Uchiyama H, Awata H, Kinoshita M, Arikawa K
    • Journal Title

      Journal of Experimental Biology.

      Volume: 216 Pages: 3413-3421

    • DOI

      10.1242/jeb.089169

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ナミアゲハの生得的色嗜好性は匂いによって変化する2014

    • Author(s)
      吉田后那,伊藤優希,大村尚,蟻川謙太郎,木下充代
    • Organizer
      第58回日本応用動物昆虫学会大会
    • Place of Presentation
      高知大学・高知
    • Year and Date
      20140326-20140328
  • [Presentation] Cues for foraging flowers in Papilio butterfly2014

    • Author(s)
      Kinoshita M
    • Organizer
      KVA セミナー/Polarization and Color Vision in Insects - Sources for foraging, oviposition and navigation.
    • Place of Presentation
      Lund univeristy・Sweden
    • Year and Date
      20140228-20140228
    • Invited
  • [Presentation] ハエトリグモの4層構造網膜に存在する視細胞の投射パターンの解析2013

    • Author(s)
      永田崇,木下充代,蟻川謙太郎,小柳光正,寺北明久
    • Organizer
      日本動物学会第84回大会
    • Place of Presentation
      岡山大学・岡山
    • Year and Date
      20130926-20130928
  • [Presentation] Odor effects on innate color preference in foraging behavior of the Japanese swallowtail, Papilio xuthus2013

    • Author(s)
      Kinoshita M
    • Organizer
      International Conference on Invertebrate Vision
    • Place of Presentation
      Baeckaskog Castle, Sweden
    • Year and Date
      20130801-20130808
  • [Presentation] Is sexual dimorphism in Papilio antennal lobes linked to sexual dimorphism in odor effects on innate color preference?2013

    • Author(s)
      Kinoshita M, Yoshida M, el Jundi B, Homberg U, Arikawa K
    • Organizer
      35th annual meting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • Place of Presentation
      イーグレひめじ・姫路
    • Year and Date
      20130713-20130715
  • [Book] 研究者が教える動物実験2014

    • Author(s)
      木下充代
    • Total Pages
      5 (in press)
    • Publisher
      共立出版社
  • [Book] 光と生命の辞典2014

    • Author(s)
      木下充代
    • Total Pages
      2 (in press)
    • Publisher
      朝倉書店

URL: 

Published: 2015-05-28  

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