ヘビ類における新奇な防御器官の進化：頸腺の発生学的起源と餌毒利用の推移過程の解明

• 研究課題/領域番号: 17H03719
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物多様性・分類
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 森 哲 京都大学, 理学研究科, 教授 (80271005)
• 研究分担者: 森 直樹 京都大学, 農学研究科, 教授 (30293913) ; 土岐田 昌和 東邦大学, 理学部, 准教授 (80422921)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: 防御機構 / 毒 / 進化 / 爬虫類 / ホタル / 防御システム / 餌毒利用 / ヘビ / 形態発生

研究成果の概要

ヤマカガシは餌として食べたヒキガエルが持っている皮膚毒を取り込み、頸部背面にある頸腺という器官にその毒を溜め、自分自身の防御に再利用する。中国に生息するヤマカガシの仲間にはカエルを食べず、ミミズを主食とする種が存在する。これらの種も頸腺にヒキガエルの皮膚毒と似た物質を持つが、この毒はマドボタルの幼虫に由来することがわかった。すなわち、ヒキガエル毒の再利用からマドボタル毒の再利用への進化が中国産のヤマカガシ類で生じたことが示された。さらに、頸腺の形態は多岐にわたり、ヤマカガシ類で頸腺システムの多様化が進化していることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

毒を持つ餌を食べ、その毒を自分自身の防御に再利用する種は昆虫をはじめとする多くの動物群で知られている。ヤマカガシは餌毒を蓄積するためだけの頸腺という特殊な器官を持っているという点で、極めて珍しいヘビである。今回の研究により、毒源として利用する餌がヒキガエルからホタルへという、分類学的にも生態学的にもかけ離れた動物へ移行する進化が起こったことが示された。このような移行は他の動物群ではまったく知られていない極めて珍しい現象である。

研究成果

• [国際共同研究] 成都生物研究所/楽山師範大学(中国)
• [国際共同研究] ボゴール動物学博物館(インドネシア)
• [国際共同研究] ユタ州立大学(米国)
• [国際共同研究] スリ・ジャヤワルデネプラ大学(スリランカ)
• [国際共同研究] サラワク大学(マレーシア)
• [国際共同研究] 成都生物研究所/楽山師範大学(中国)
• [国際共同研究] ボゴール動物学博物館(インドネシア)
• [国際共同研究] ユタ州立大学(米国)
• [国際共同研究] スリ・ジャヤワルデネプラ大学(スリランカ)
• [国際共同研究] サラワク大学(マレーシア)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] 成都生物研究所/楽山師範大学(中国)
• [国際共同研究] ボゴール動物学博物館(インドネシア)
• [国際共同研究] ユタ州立大学(米国)
• [国際共同研究] スリ・ジャヤワルデネプラ大学(スリランカ)
• [国際共同研究] サラワク大学(マレーシア)
• [国際共同研究] ユタ州立大学(米国)
• [国際共同研究] 中国科学院成都生物研究所/楽山師範大学(中国)
• [国際共同研究] 国立ピントン科技大学(台湾)
• [国際共同研究] インドネシア科学院ボゴール動物学博物館(インドネシア)
• [国際共同研究] ベトナム国立自然博物館(ベトナム)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Do predators prefer toxic animals? A case of chemical discrimination by an Asian snake that sequesters firefly toxins (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukuda Masaya、Ujiie Rinako、Inoue Takato、Chen Qin、Cao Chengquan、Ding Li、Mori Naoki、Mori Akira
  • 雑誌名: Current Zoology 巻: 未定 号: 6 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1093/cz/zoab102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cryptic diversity and phylogeography of the Rhabdophis nuchalis group (Squamata: Colubridae) (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhu Guangxiang、Yang Shijun、Savitzky Alan H.、Cheng Yuqi、Mori Akira、Ding Li、Rao Dingqi、Wang Qin
  • 雑誌名: Molecular Phylogenetics and Evolution 巻: 166 ページ: 107325-107325
  • DOI: 10.1016/j.ympev.2021.107325
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Does an Asian Natricine Snake, <i>Rhabdophis tigrinus</i>, Have Chemical Preference for a Skin Toxin of Toads? (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, M. and Mori, A.
  • 雑誌名: Ｃｕｒｒｅｎｔ ｈｅｒｐｅｔｏｌｏｇｙ 巻: 40 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.5358/hsj.40.1
  • NAID: 130007992258
  • ISSN: 1345-5834, 1881-1019
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Insights Into Dietary Toxin Metabolism: Diversity in the Ability of the Natricine Snake Rhabdophis tigrinus to Convert Toad-Derived Bufadienolides (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Takato、Nakata Ryu、Savitzky Alan H.、Yoshinaga Naoko、Mori Akira、Mori Naoki
  • 雑誌名: Journal of Chemical Ecology 巻: 47 号: 10-11 ページ: 915-925
  • DOI: 10.1007/s10886-021-01287-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dramatic dietary shift maintains sequestered toxins in chemically defended snakes (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Yoshida, Rinako Ujiie, Alan H. Savitzky, Teppei Jono, Takato Inoue, Naoko Yoshinaga, Shunsuke Aburaya, Wataru Aoki, Hirohiko Takeuchi, Li Ding, Qin Chen, Chengquan Cao, Tein-Shun Tsai, Anslem de Silva, Dharshani Mahaulpatha, Tao Thien Nguyen, Yezhong Tang, Naoki Mori, and Akira Mori
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 号: 11 ページ: 5964-5969
  • DOI: 10.1073/pnas.1919065117
  • NAID: 120006800720
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 生物が作り出す毒：どくどくしくない毒のはなし (2020)
  • 著者名/発表者名: 山下まり・此木敬一・稲垣英利・森 直樹・森 哲
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 58 ページ: 43-59
  • NAID: 130007979405
• [雑誌論文] Evolution of nuchal glands, unusual defensive organs of Asian natricine snakes (Serpentes: Colubridae), inferred from a molecular phylogeny (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi, H., A. H. Savitzky, L. Ding, A. de Silva, I. Das, T. T. Nguyen, T.-S. Tsai, T. Jono, G.-X. Zhu, D. Mahaulpatha, Y. Tang, and A. Mori
  • 雑誌名: Ecology and Evolution 巻: 8 号: 20 ページ: 10219-10232
  • DOI: 10.1002/ece3.4497
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Snakes exhibit tissue-specific variation in cardiotonic steroid sensitivity of Na+/K+-ATPase (2018)
  • 著者名/発表者名: Mohammadi, S., G. Petschenka, S. S. French, A. Mori, and A. H. Savitzky
  • 雑誌名: Comparative Biochemistry and Physiology, Part B 巻: 217 ページ: 21-26
  • DOI: 10.1016/j.cbpb.2017.11.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Corticosteroid responses of snakes to toxins from toads (bufadienolides) and plants (cardenolides) reflect differences in dietary specializations (2017)
  • 著者名/発表者名: Mohammadi, S., S. S. French, L. A. Neuman-Lee, S. L. Durham, Y. Kojima, A. Mori, E. D. Brodie Jr., and A. H. Savitzky
  • 雑誌名: General and Comparative Endocrinology 巻: 247 ページ: 16-25
  • DOI: 10.1016/j.ygcen.2017.03.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Do tiger keelback snakes (Rhabdophis tigrinus) recognize how toxic they are? (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori, A. and G. M. Burghardt
  • 雑誌名: Journal of Comparative Psychology 巻: 131 号: 3 ページ: 257-265
  • DOI: 10.1037/com0000075
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 毒源が変われば形態も変わる？ー食性の異なるヤマカガシ属における頭部形態の変化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 福田将矢、Jing-Song Shi、Alan H. Savitzky、Qin Chen、森哲
  • 学会等名: 第69回日本生態学会大会
• [学会発表] ヤマカガシ属ヘビが保有する強心性ステロイドの種間差異 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井上 綾、井上貴斗、吉永直子、森哲、森直樹
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] ヤマカガシにおけるエサ由来毒素変換能力の多様性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井上貴斗、吉永直子、森 哲、森直樹
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] ヤマカガシにおける「毒源生物」の化学認知に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田将矢、井上貴斗、森直樹、森哲
  • 学会等名: 第40回日本動物行動学会大会
• [学会発表] ヤマカガシにおける「毒源生物」の化学認知に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田将矢、井上貴斗、森直樹、森哲
  • 学会等名: 日本爬虫両棲類学会第60回大会
• [学会発表] How predators recognize toxic animals as a toxin source: A case of chemical discrimination by an Asian snake that sequesters firefly toxins (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaya Fukuda, Qin Chen, Akira Mori
  • 学会等名: International Conference on Herpetological Biodiversity and Conservation in Eurasian Countries
  • 国際学会
• [学会発表] ヤマカガシにおけるヒキガエル由来毒素変換能力の多様性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井上貴斗, 中田隆, Alan H. Savitzky, 吉永直子, 森哲, 森直樹
  • 学会等名: 日本農芸化学会 西日本・中四国・関西支部合同大会
• [学会発表] Toads or fireflies? Which do Asian natricine snakes prefer as a source of steroidal toxins? (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukuda M., Mori A., and Chen Q.
  • 学会等名: The 9th World Congress of Herpetology
  • 国際学会
• [学会発表] ヤマカガシ（Rhabdophis tigrinus） が有する頸腺毒成分の地域的特徴 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上貴斗、中田隆、吉永直子、Alan H. Savitzky、森哲、森直樹
  • 学会等名: 2020年度日本農芸化学会
• [学会発表] 中国産ヤマカガシ類の頸腺毒の由来および頭部の形態変化に関する考察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福田将矢・井上貴斗・Alan Savitsky・Piao Yige・城野哲平・Chen Qin・森直樹・森哲
  • 学会等名: 第67回日本生態学会大会
• [学会発表] Does an Asian natricine snake recognize fireflies that have cardiac steroidal toxins? (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuda M., Mori A., and Chen Q.
  • 学会等名: The 36th International Ethological Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Unexpected origins of defensive compounds in animals (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoki MORI and Akira MORI
  • 学会等名: The 10th Conference of Asia-Pacific Association of Chemical Ecologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒキガエルかホタルか？中国産ヤマカガシ類の頸腺毒の由来に関する考察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田将矢・井上貴斗・Piao Yige・Chen Qin・森直樹・森哲
  • 学会等名: 日本爬虫類両棲類学会第58回大会
• [学会発表] 中国産ヤマカガシ類は毒を持つホタルを選択的に捕食するのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田将矢・森哲・Chen Qin
  • 学会等名: 日本動物行動学会第37回大会
• [学会発表] A study of Rhabdophis in Indonesia: an effort to identify presence of the Nuchal Gland (2019)
  • 著者名/発表者名: Syahfitri Anita, Amir Hamidy, Misbahul Munir, Akira Mori
  • 学会等名: 日本爬虫両棲類学会第57回大会
• [学会発表] ヤマカガシ属ヘビ Rhabdophis pentasupralabialis が頸腺に蓄積するステロイド毒の由来 (2019)
  • 著者名/発表者名: 氏家里奈子・吉田達哉・竹内寛彦・城野哲平・Qin Chen・Li Ding・Yezhong Tang・Tsai Tein-Shun・Cao Chengquan・Alan Savitzky・森哲・森直樹
  • 学会等名: 日本爬虫両棲類学会第57回大会
• [学会発表] 中国産ヤマカガシ類は毒を持つホタルを選択的に捕食するのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田将矢・森哲・Chen Qin
  • 学会等名: 日本爬虫両棲類学会第57回大会
• [学会発表] ヤマカガシ属ヘビ Rhabdophis pentasupralabialis が蓄積する毒性ステロイド bufadienolide の由来 (2019)
  • 著者名/発表者名: 氏家 里奈子、竹内 寛彦、城野 哲平、チェン チン、ディン リー、タン イェチョン、ツァイ テインシュン、ツァオ チェンチャン、アラン サビツキー、油屋 駿介、青木 航、吉永 直子、森 哲、森 直樹
  • 学会等名: 日本農芸化学会２０１９年度大会
• [学会発表] ヒキガエルが持つステロイド毒 bufadienolide 類の化学分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上 貴斗、氏家 里奈子、吉永 直子、森 哲、森 直樹
  • 学会等名: 日本農芸化学会２０１９年度大会
• [学会発表] The chemical analysis of bufadienolides in defensive glands of the Asian Rhabdophis snakes (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Yoshida, Teppei Jono , Hirohiko Takeuchi, Rinako Ujiie, Naoko Yoshinaga, Li Ding, Yezhong Tang, Akira Mori, Naoki Mori
  • 学会等名: The Joint Meeting of the 33rd Annual Meeting of the International Society of Chemical Ecology and the 9th Meeting of Asia-Pacific Association of Chemical Ecology
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanisms of resistance to bufadienolide toxins in toad-eating snakes (2017)
  • 著者名/発表者名: Alan H. Savitzky, Shabnam Mohammadi, Susanne Dobler, Zachariah Gompert, Georg Petschenka, Akira Mori
  • 学会等名: The Joint Meeting of the 33rd Annual Meeting of the International Society of Chemical Ecology and the 9th Meeting of Asia-Pacific Association of Chemical Ecology
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical analysis of bufadienolides in Japanese Lampyrine fireflies (2017)
  • 著者名/発表者名: Rinako Ujiie, Tatsuya Yoshida, Hirohiko Takeuchi, Koshiro Eto, Teppei Jono, Naoko Yoshinaga, Akira Mori, Naoki Mori
  • 学会等名: The Joint Meeting of the 33rd Annual Meeting of the International Society of Chemical Ecology and the 9th Meeting of Asia-Pacific Association of Chemical Ecology
  • 国際学会
• [学会発表] ヤマカガシはヒキガエル毒に嗜好性を示すのか？―ヒキガエル食からホタル食への変遷の要因を探る― (2017)
  • 著者名/発表者名: 福田将矢・森哲
  • 学会等名: 日本爬虫両棲類学会第５６回大会
• [図書] APA Handbook of Comparative Psychology Volume 1. (J. Call, ed.), Chapter 40, Antipredator Behavior (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori, A. and R. Ito
  • 出版者: American Psychological Association
  • ISBN: 1433823500