脊椎動物の筋骨格系の形態進化に見る制約と方向性

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 進化の制約と方向性 ～微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明～
• 研究課題/領域番号: 17H06385
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 倉谷 滋 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00178089)
• 研究分担者: 平沢 達矢 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60585793)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 脊椎動物 / 筋骨格系 / 発生 / 化石 / 比較形態学

研究実績の概要

前年度までに、四肢動物の胚発生における筋-骨格結合樹立の精密観察により、進化上この結合関係が変化するときの発生基盤の一端が真皮下部に分化する結合組織細胞による筋前駆細胞や筋芽細胞の移動誘導にあることが解明されつつあった。今年度は、既に展開しているニワトリ胚を用いた発生擾乱実験を通して、筋-骨格結合に変異をもたらしうるこの発生機構の異所的再現実験を展開し、予想通りに結合関係が変異するか、また、どの程度の可塑性をもって変異が生じるのかを検証を試みた。
また、比較形態学的探索の一端として、オーストラリアハイギョにおける肉鰭の筋の発生を解析し、浅内転筋と浅外転筋は、四肢動物における広背筋と胸筋と配置が似ているが、後者と異なり肢芽から体幹部方向へ筋原基が伸長する発生過程（inーout過程）は見られず、この発生機構は四肢動物系統で成立した進化上新しいものである可能性が高いことを示した。
さらに、脊椎動物における筋骨格系の進化的傾向の全容解明に向けて、化石記録にもとづく形態進化過程の解析も展開した。その中で、奇妙な形態で知られるデボン紀パレオスポンディルスの化石についてシンクロトロン放射光X線μCTを駆使した精密形態観察をもとに系統解析を行ったところ、幼生的特徴を持つ四肢動物型類であると推定された。このことは、新規の筋-骨格結合（つなぎ変え）が成立した鰭から四肢への移行は、幼生段階を持つ動物で生じたという可能性を示唆する。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Estado do Rio de Janeiro/Instituto de Biologia/IBRAG(ブラジル)
  • 国名: ブラジル
  • 外国機関名: Estado do Rio de Janeiro/Instituto de Biologia/IBRAG
• [国際共同研究] Australian National University(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Australian National University
• [国際共同研究] Uppsala University(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Uppsala University
• [国際共同研究] University of Pamplona, Navarra/University of Malaga(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: University of Pamplona, Navarra/University of Malaga
• [雑誌論文] Morphology of Palaeospondylus shows affinity to tetrapod ancestors (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirasawa T, Hu Y, Uesugi K, Hoshino M, Manabe M, Kuratani S.
  • 雑誌名: Nature 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04781-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thyroid and endostyle development in cyclostomes provides new insights into the evolutionary history of vertebrates (2022)
  • 著者名/発表者名: Takagi W, Sugahara F, Higuchi S, Kusakabe R, Pascual-Anaya J, Sato I, Oisi Y, Ogawa N, Miyanishi H, Adachi N, Hyodo S, and Kuratani S.
  • 雑誌名: BMC Biol. 巻: 20 ページ: 76
  • DOI: 10.1186/s12915-022-01282-7.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measuring potential effects of the developmental burden associated with the vertebrate notochord. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto S, Yamanaka K, Tanegashima C, Nishimura O, Kuraku S, Kuratani S, and Irie N.
  • 雑誌名: J Exp Zool B Mol Dev Evol. 巻: 338 ページ: 129-136
  • DOI: 10.1002/jez.b.23032.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The developmental hourglass model and recapitulation: An attempt to integrate the two models (2022)
  • 著者名/発表者名: Uesaka M, Kuratani S, and Irie N.
  • 雑誌名: J Exp Zool B Mol Dev Evol. 巻: 338 ページ: 76-86
  • DOI: 10.1002/jez.b.23027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mammalian face as an evolutionary novelty (2021)
  • 著者名/発表者名: Higashiyama H, Koyabu D, Hirasawa T, Werneburg I, Kuratani S, and Kurihara H.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 118 ページ: e2111876118.
  • DOI: 10.1073/pnas.2111876118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of the pectoral lobed fin in the Australian lungfish Neoceratodus forsteri (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirasawa T, Cupello C, Brito PM, Yabumoto Y, Isogai S, Hoshino M, Uesugi K
  • 雑誌名: Front. Ecol. Evol. 巻: 9 ページ: 67933
  • DOI: 10.3389/fevo.2021.679633
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental Evolution of Hypaxial Muscles: Insights From Cyclostomes and Chondrichthyans (2021)
  • 著者名/発表者名: Kusakabe R, Tanaka M, Kuratani S.
  • 雑誌名: Front Cell Dev Biol. 巻: 9 ページ: 760366
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.760366
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Forebrain Architecture and Development in Cyclostomes, with Reference to the Early Morphology and Evolution of the Vertebrate Head (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugahara F, Murakami Y, Pascual-Anaya, J. and Kuratani, S
  • 雑誌名: Brain Behav. Evol. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1186/s40851-021-00180-0.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic Mechanism for the Cyclostome Cerebellar Neurons Reveals Early Evolution of the Vertebrate Cerebellum (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugahara F, Pascual-Anaya J, Kuraku S, Kuratani S, and Murakami Y.
  • 雑誌名: Front Cell Dev Biol. 巻: 9 ページ: 9:700860
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.700860.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polymorphism in the symmetries of gastric pouch arrangements in the sea anemone Diadumene lineata. (2021)
  • 著者名/発表者名: Sarper, S. E., Hirai, T., Matsuyama, T., Kuratani, S., and Fujimoto, K.
  • 雑誌名: Zool. Lett. 巻: 7 ページ: 12
  • DOI: 10.1186/s40851-021-00180-0.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selection on Phalanx Development in the Evolution of the Bird Wing (2021)
  • 著者名/発表者名: de Bakker MAG, van der Vos W, de Jager K, Chung WY, Fowler DA, Dondorp E, Spiekman SNF, Chew KY, Xie B, Jimenez R, Bickelmann C, Kuratani S, Blazek R, Kondrashov P, Renfree MB, and Richardson MK
  • 雑誌名: Mol Biol Evol 巻: 38 ページ: 4222-4237
  • DOI: 10.1093/molbev/msab150
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Embryonic evidence uncovers convergent origins of laryngeal echolocation in bats (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojiri T, Wilson L AB, Lopez-Aguirre C, Tu VT, Kuratani S, Ito K, Higashiyama H, Son N T, Dai Fukui, Sadier A, Sears K E, Endo H, Kamihori S, and Koyabu D
  • 雑誌名: Curr. Biol 巻: 31 ページ: 1353-1365
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.12.043.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evo-Devo studies of cyclostomes and origin and evolution of jawed vertebrates. In: S. F. Gilbert (ed) Evolutionary Developmental Biology. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuratani S
  • 雑誌名: Curr. Top. Dev. Biol 巻: 141 ページ: 207-239
  • DOI: 10.1016/bs.ctdb.2020.11.011.
  • 査読あり
• [学会発表] Craniofacial Diversity in Early Evolution of Vertebrates. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuratani, S.
  • 学会等名: Constraints and Plasticity in Development and Evolution
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of the hagfish and early evolution of vertebrates (2021)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: 2nd Fipar webinar IFAA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The mammalian diaphragm as an evolutionary novelty. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirasawa T.
  • 学会等名: 3rd Palaeontological Virtual Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Early evolution of the vertebrate morphology: a view from evolutionary developmental biology (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirasawa T.
  • 学会等名: 2nd AsiaEvo Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 円口類の発生と内耳の進化について (2021)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋
  • 学会等名: 第5回感覚フロンティア研究シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 進化・発生・メカニカルストレスから探る顎面形成・維持機構最先端 (2021)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋
  • 学会等名: 第80回日本矯正歯科学会学術大会＆第5回国際会議 パシフィコ横浜
  • 招待講演
• [学会発表] 進化と発生と自然観・進化発生と自然観Part2 (2021)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋
  • 学会等名: 大阪大学第30回、31回南部コロキウム
  • 招待講演
• [学会発表] 進化と発生のパターンについて (2021)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋
  • 学会等名: 京都大学理学研究科 第17回MACSコロキウム
  • 招待講演
• [学会発表] 化石から探る脊椎動物初期進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平沢達矢
  • 学会等名: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] シンクロトロン放射光X線マイクロCTを駆使したデボン紀脊椎動物化石の骨格形態および微細組織構造の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平沢達矢
  • 学会等名: 化石研究会第39回学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物における頭蓋側壁の一次頭蓋壁 (2021)
  • 著者名/発表者名: 黒田 春也、足立 礼孝、倉谷 滋
  • 学会等名: 日本進化学会第２３回東京大会
• [学会発表] Does vertebrate embryogenesis recapitulate its evolutionary history? (2021)
  • 著者名/発表者名: 上坂 将弘、倉谷 滋、入江 直樹
  • 学会等名: The 2nd AsiaEvo Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 岐阜県福地層群（下部デボン系）から産出する脊椎動物化石 (2021)
  • 著者名/発表者名: 梅山遼太・平沢達矢
  • 学会等名: 日本古生物学会第171回例会
• [学会発表] 化石に保存された前肢骨格関節角度の比較解析から探る獣脚類系統における前翼膜の進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宇野友里花・平沢達矢
  • 学会等名: 日本古生物学会第171回例会
• [図書] 脳進化絵巻 -脊椎動物の進化神経学- (2021)
  • 著者名/発表者名: 村上安則, 倉谷 滋(コーディネーター）
  • 総ページ数: 234
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 978-4-320-00934-9
• [備考] 領域HP
  • URL: https://constrained-evo.org/
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://emo.riken.jp/japanese/indexj.html