縫合閉鎖から読み解く頭部骨数の減少進化

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02492
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 小薮 大輔 筑波大学, プレシジョン・メディスン開発研究センター, 准教授 (60712510)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 進化発生学

研究実績の概要

申請者らの近年の研究によって脊椎動物の頭蓋の相同性についての従来理論は全面的な再検討を要することがわかってきたことを踏まえ，骨間の縫合閉鎖という現象に注目した比較形態学的研究を進め，縫合閉鎖過程の多様性と共通性，その進化的背景に関する研究を進めた．30目78科189種の3000標本の胚標本のCT撮像を行い，骨CT撮影およびヨウ素コントラスト増幅法を用いた液浸標本撮影を行った．これらにより，骨だけでなく神経，血管，筋，軟骨の再構築を行い，これらの比較解剖学的な観察記載を進めた．また，トカゲ，カメ， ニワトリをはじめとするの頭部組織切片を作成し，免疫染色とヘマトキシリン＝エオシン染色を行った．これらの動物の組織切片をAmiraで三次元再構築し，胚における脳・神経・骨格・筋・血管の精確な三次元形態モデルを作成し，各パーツの立体的な相互配置，発生に伴う骨成長，骨の縫合閉鎖パターンを把握した．分析の結果，Dlx5とLmx1bは脳の拡大と関連しているとともに，これらが頭蓋骨の縫合閉鎖を促進するがわかった．脳の発達に不可欠なシグナリングは同時に，頭蓋骨の成長に大いに影響を与えることが示唆された．相対的な脳のサイズの増加が単弓類の進化の重要な側面の一つであるということを考えると、頭蓋骨の単純化もまた脳のサイズの進化と関連している可能性がある．仮説的なシナリオとして，大脳化がDlx5やLmx1bといった遺伝子が選択されたが、これらの遺伝子は頭蓋骨のさまざまな領域で早期の縫合閉鎖と骨間の癒合の促進を引き起こしたと考えられた．加えて，頭蓋の縫合を開放状態に保つTwist1が，大脳化が特に進んだ哺乳類で選択された可能性が示唆された．

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Evolution, conservatism and overlooked homologies of the mammalian skull (2023)
  • 著者名/発表者名: Koyabu Daisuke
  • 雑誌名: Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 巻: 378 ページ: 20220081
  • DOI: 10.1098/rstb.2022.0081
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Caudal auricular muscle variations and the evolution of echolocation behavior in pteropodid bats (2023)
  • 著者名/発表者名: CHI Tzu-Chin、TU Vuong Tan、SOHN JoonHyuk、KIMURA Junpei、KOYABU Daisuke
  • 雑誌名: Journal of Veterinary Medical Science 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1292/jvms.23-0128
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anatomy and homology of the caudal auricular muscles in greater short-nosed fruit bat (<i>Cynopterus sphinx</i>) (2023)
  • 著者名/発表者名: CHI Tzu-Chin、MEGURO Fumiya、TAKECHI Masaki、FURUTERA Toshiko、TU Vuong Tan、HIGASHIYAMA Hiroki、SOHN JoonHyuk、NOJIRI Taro、KIMURA Junpei、KOYABU Daisuke
  • 雑誌名: Journal of Veterinary Medical Science 巻: 85 ページ: 571～577
  • DOI: 10.1292/jvms.23-0088
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The vocal apparatus: An understudied tool to reconstruct the evolutionary history of echolocation in bats? (2023)
  • 著者名/発表者名: Brualla Nicolas L. M.、Wilson Laura A. B.、Doube Michael、Carter Richard T.、McElligott Alan G.、Koyabu Daisuke
  • 雑誌名: Journal of Mammalian Evolution 巻: 30 ページ: 79～94
  • DOI: 10.1007/s10914-022-09647-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Temporal and regulatory dynamics of the inner ear transcriptome during development in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Cao Rui、Takechi Masaki、Wang Xiuwan、Furutera Toshiko、Nojiri Taro、Koyabu Daisuke、Li Jun
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 21196
  • DOI: 10.1038/s41598-022-25808-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synchondrosis fusion contributes to the progression of postnatal craniofacial dysmorphology in syndromic craniosynostosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Yukiko、Takechi Masaki、Moazen Mehran、Steacy Miranda、Koyabu Daisuke、Furutera Toshiko、Ninomiya Youichirou、Nuri Takashi、Pauws Erwin、Iseki Sachiko
  • 雑誌名: Journal of Anatomy 巻: 242 ページ: 387～401
  • DOI: 10.1111/joa.13790
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of the therian face through complete loss of the premaxilla (2022)
  • 著者名/発表者名: Higashiyama Hiroki、Koyabu Daisuke、Kurihara Hiroki
  • 雑誌名: Evolution & Development 巻: 25 ページ: 103～118
  • DOI: 10.1111/ede.12417
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Morphological association between muscle attachments and ossification sites in the late cartilaginous skull of tuatara embryos (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhang Zitong、Yaryhin Oleksandr、Koyabu Daisuke、Werneburg Ingmar
  • 雑誌名: Journal of Morphology 巻: 283 ページ: 908～931
  • DOI: 10.1002/jmor.21474
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Skull Sutures and Cranial Mechanics in the Permian Reptile Captorhinus aguti and the Evolution of the Temporal Region in Early Amniotes (2022)
  • 著者名/発表者名: Abel Pascal、Pommery Yannick、Ford David Paul、Koyabu Daisuke、Werneburg Ingmar
  • 雑誌名: Frontiers in Ecology and Evolution 巻: 10 ページ: 2022.841784.
  • DOI: 10.3389/fevo.2022.841784
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the sequence heterochrony of cranial ossification of bats in light of Haeckel's recapitulation theory (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojiri Taro、Tu Vuong Tan、Sohn Joon Hyuk、Koyabu Daisuke
  • 雑誌名: Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution 巻: 338 ページ: 137～148
  • DOI: 10.1002/jez.b.23042
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mammalian face as an evolutionary novelty (2021)
  • 著者名/発表者名: Higashiyama Hiroki、Koyabu Daisuke、Hirasawa Tatsuya、Werneburg Ingmar、Kuratani Shigeru、Kurihara Hiroki
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 ページ: e2111876118
  • DOI: 10.1073/pnas.2111876118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Embryonic staging of bats with special reference to Vespertilio sinensis and its cochlear development (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojiri Taro、Fukui Dai、Werneburg Ingmar、Saitoh Takashi、Endo Hideki、Koyabu Daisuke
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: 250 ページ: 1140～1159
  • DOI: 10.1002/dvdy.325
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Embryonic evidence uncovers convergent origins of laryngeal echolocation in bats (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojiri Taro、Wilson Laura A.B.、L?pez-Aguirre Camilo、Tu Vuong Tan、Kuratani Shigeru、Ito Kai、Higashiyama Hiroki、Son Nguyen Truong、Fukui Dai、Sadier Alexa、Sears Karen E.、Endo Hideki、Kamihori Satoshi、Koyabu Daisuke
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 31 ページ: 1353～1365.e3
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.12.043
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the Embryonic Development of the Nasal Turbinals and Their Homology in Bats (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Kai、Tu Vuong Tan、Eiting Thomas P.、Nojiri Taro、Koyabu Daisuke
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 9 ページ: 2021.613545
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.613545
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A 1.4-million-year-old bone handaxe from Konso, Ethiopia, shows advanced tool technology in the early Acheulean (2020)
  • 著者名/発表者名: Sano Katsuhiro、Beyene Yonas、Katoh Shigehiro、Koyabu Daisuke、Endo Hideki、Sasaki Tomohiko、Asfaw Berhane、Suwa Gen
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 ページ: 18393～18400
  • DOI: 10.1073/pnas.2006370117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著