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昆虫の耳小骨の建築工法の解明

公募研究

研究領域素材によって変わる、『体』の建築工法
研究課題/領域番号 21H05766
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関北海道大学

研究代表者

西野 浩史  北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (80332477)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
2022年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2021年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
キーワードコオロギ / 耳小骨 / キチン / 上皮細胞 / 種間比較 / 進化 / 気管 / 鼓膜 / 鼓膜器官 / 伝音経路 / 聴覚 / 進行波 / 上皮組織 / バッタ目昆虫
研究開始時の研究の概要

コオロギの前肢内部にある聴覚器は1枚の鼓膜からなる周波数分波器である。最近、伝音経路の途中に耳小骨様の構造(上皮コア)が介在することがわかり、鼓膜の振動をリンパ液の進行波へと変換する点で、ヒトの耳と良く似た動作原理を持つことが示唆された。上皮コアは、アーチ状の曲面を持つ精緻な構造で、成虫脱皮後に、クチクラ直下にある上皮細胞シートの陥入、気管への定着、建築資材であるキチン分泌を繰り返しながら6日間で形成される。本研究では、「虫の内骨格」ともいうべきコアの形成原理を明らかにするとともに、理論系との連携により、自己組織化の3Dモデルとしての確立を目指したい。

研究実績の概要

コオロギの前肢内部にある聴覚器はヒトの耳と同じ1枚の鼓膜からなる周波数分波器で、感覚細胞の周波数特性は鼓膜の振動をリンパ液の進行波へと変換する耳小骨様構造(上皮コア)によって付与される。上皮コアは幼虫にはなく、音声コミュニケーションが必要となる成虫脱皮後に、上皮細胞シートの陥入、気管への定着、建築資材であるキチン分泌を繰り返しながら6日間で完成する。コアはアーチ状の曲面を持つ精緻な構造で、第一種てこの働きをする。本研究では、「虫の内骨格」ともいうべきコアの形成原理を明らかにするとともに、コオロギ科や外群の種間比較により、耳小骨構造の進化について明らかにすることを目標とした。
まず、コアの形成過程のin vivo計測については、半透明の鼓膜の「窓」を通じて、その発達過程を経時観察することを目指したが、コア形成が鼓膜表面からZ軸方向に120マイクロメートル という深部で起こること、コアの周囲にある体液(血球細胞)が深部観察の妨げになることがわかり、2光子レーザー顕微鏡を用いても高解像度のデータを得ることができなかった。ただし、今後のプレパレーションの工夫次第で、この問題は解消される可能性が高いと思われたので、引き続きチャレンジしていきたい。
一方、種間比較については、キリギリス科 (Tettigoniidae)やバッタ科 (Acrididae)の鼓膜器官の構造を明らかにし、これら外群は上皮コアの構造を持たないことを確認した。前者では2枚の鼓膜の振動により進行波を生み出すしくみ、後者では1枚の鼓膜に直接感覚細胞が付着することで、特定の周波数にチューニングするしくみになっているようである。成果の一部については、振動受容器や聴覚器の構造、機能に着目したレビューとして原著論文をパブリッシュした。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Vibration receptor organs in the insect leg: neuroanatomical diversity and functional principles2024

    • 著者名/発表者名
      Straus Johannes、Stritih-Peljhan Natasa、Nishino Hiroshi
    • 雑誌名

      Current Opinion in Insect Science

      巻: 61 ページ: 101153-101153

    • DOI

      10.1016/j.cois.2023.101153

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Interactive parallel sex pheromone circuits that promote and suppress courtship behaviors in the cockroach2024

    • 著者名/発表者名
      Tateishi Kosuke、Watanabe Takayuki、Domae Mana、Ugajin Atsushi、Nishino Hiroshi、Nakagawa Hiroyuki、Mizunami Makoto、Watanabe Hidehiro
    • 雑誌名

      PNAS Nexus

      巻: - 号: 4

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgae162

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cuticular hydrocarbon reception by sensory neurons in basiconic sensilla of the Japanese carpenter ant2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hidehiro、Ogata Shoji、Nodomi Nonoka、Tateishi Kosuke、Nishino Hiroshi、Matsubara Ryosuke、Ozaki Mamiko、Yokohari Fumio
    • 雑誌名

      Frontiers in Cellular Neuroscience

      巻: 17 ページ: 1084803-1084803

    • DOI

      10.3389/fncel.2023.1084803

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exploitation of Vibration Sensing for Pest Management in Longicorn Beetles2022

    • 著者名/発表者名
      Takanashi Takuma, Nishino Hiroshi
    • 雑誌名

      Animal Signals and Communication

      巻: 8 ページ: 495-509

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Management of Nuisance Macromoths in Expressways through Academic-Industrial Collaboration: Light Trap Designed on the Basis of Moths' Preferences for Light Attributes2022

    • 著者名/発表者名
      Kurihara Keigo、Ito Toshiaki、Sato Yukihisa、Uesugi Takanori、Yamauchi Satoru、Komatsu Masahiro、Saito Susumu、Domae Mana、Nishino Hiroshi
    • 雑誌名

      Zoological Science

      巻: 39 号: 4 ページ: 307-319

    • DOI

      10.2108/zs210082

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] コオロギの耳:最小・高感度・広帯域の聴覚器2022

    • 著者名/発表者名
      西野浩史
    • 雑誌名

      最先端コオロギ学 ~世界初! 新しい生物学がここにある~ 野地澄晴編

      巻: 12.3 ページ: 182-185

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] 死にまね2022

    • 著者名/発表者名
      西野浩史
    • 雑誌名

      最先端コオロギ学 ~世界初! 新しい生物学がここにある~ 野地澄晴編

      巻: 13.3 ページ: 191-193

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Silencing the odorant receptor co-receptor impairs olfactory reception in a sensillum-specific manner in the cockroach2022

    • 著者名/発表者名
      Tateishi Kosuke、Watanabe Takayuki、Nishino Hiroshi、Mizunami Makoto、Watanabe Hidehiro
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 5 ページ: 104272-104272

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.104272

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 昆虫の聴覚器ー比較研究からみえてきた動作原理と進化ー2022

    • 著者名/発表者名
      西野 浩史
    • 学会等名
      日本動物学会第93回大会 S14シンポジウム「バイオミメティクスからエコミメティクスへ」(東京、早稲田大学)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Exploitation of vibration sensing for pest control in whiteflies on tomatoes2022

    • 著者名/発表者名
      Takanashi T., Yasa J., Sekine T., Oe T., Skals N., Onodera R., Abe S. Koike T.Nishino H., ,
    • 学会等名
      第9回生物音響学会年次研究発表会(小田原、国際医療福祉大学)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Exploitation of vibration sensing for pest management in whiteflies2022

    • 著者名/発表者名
      Takanashi T., Skals N., Sekine T., Yase J., Ohya T., Onodera R., Nishino H., Koike T.
    • 学会等名
      3rd Biotremology Conference (Piran, Slovenia)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Two distinct sex pheromone processing pathways in the American cockroach, from receptions to behaviors2022

    • 著者名/発表者名
      Tateishi K., Watanaba T., Domae M., Nishino H., Mizunami M., Watanabe H.
    • 学会等名
      JSCPB2022(高知県立県民文化ホール)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ワモンゴキブリの2種の性フェロモンの受容機構と行動的役割の違い2022

    • 著者名/発表者名
      立石康介、渡邉崇之、西野浩史、水波誠、渡邉英博
    • 学会等名
      日本動物学会第93回大会(東京、早稲田大学)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 西野研究室

    • URL

      https://www.es.hokudai.ac.jp/labo/nishino/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] Nishino Lab 1

    • URL

      https://www.youtube.com/channel/UCyPUBf6ysfnljNjdt-ebPxQ

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2024-12-25  

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