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理学の謎 第20回 3.9億年前の脊椎動物化石からもたらされた意外な手がかり 3.9億年前の脊椎動物化石からもたらされた意外な手がかり 平沢 達矢（地球惑星科学専攻 准教授） 地球上にはさまざまな形態の生物が生息している。この生物の形の多様性はどのように成立してきたのだろうか。このような問いは古くは神話で説明され，生物学が始まってからも根源的な謎として何世代もの科学者が解明を目指してきた。私たちの研究室も，生物の形作りのしくみについての研究と太古の生物の形についての研究を進めることで，この謎に挑んでいる。 受精卵から体ができあがるまでの発生過程には，多くの遺伝子発現制御や細胞間相互作用が関与している。異なる形態を持つ生物の発生を比較すれば，どの発生過程が変化して形態が進化したのか，体のどの部位どうしが対応しているのかを調べていくことができる。このように発生を比較して進化の機序を解明していく分野は進化発生学と呼ばれ，近年は多様な生物の発生についても研究が進められている。私たちも，実験室で脊椎動物の胚を育てて，形態形成過程の解析や発生に操作を加える実験を展開中だ。 一方，地層中に残される化石記録は非常に断片的で，現在生きている生物を研究するのに比べると情報量に乏しい。しかし，はるか遠くの天体を観測して宇宙の構造や歴史を解明していくのと同じように，進化の謎の中にも，遠い昔の生物の化石という減衰した情報を「観測」することでしか解明できない部分がある。 化石種の中には，今でもどのような系統の動物であるのか不明のままのものがあるが，むしろそういった「よくわからない」形態を持つ生物の正体を解明していくことこそが形の多様性成立過程を理解するために重要だ。たとえば，私たちが研究している中期デボン紀（約3.9億年前）の湖に住んでいたパレオスポンディルスという体長 5 cm ほどの脊椎動物は，1890年の最初の報告以来，何人もの著名な研究者がその正体解明に挑んだものの，「謎の脊椎動物」として残されてきた。最近私たちは，研究に適したパレオスポンディルスの化石を戦略的に探し出し，大型加速器を使ったシンクロトロン放射光X線マイクロCTという装置で骨格内部の微細組織構造まで可視化，頭骨の三次元形態を世界で初めて精密に観察することに成功した。その結果わかった頭骨の形態は，下顎が上顎に比べて短いなど確かに少し奇妙な特徴があるものの，既知の脊椎動物の頭骨パターンと比較することが可能であった。さらに，形態的特徴を詳細に観察したデータから系統解析を行ったところ，なんとパレオスポンディルスは魚類から陸上脊椎動物へ移行する段階の系統的位置に収まると推定された。どうやら陸上脊椎動物の祖先系統には，この「よくわからない」化石種のような奇妙な形態を持つ仲間もいたらしい。   シンクロトロン放射光X線マイクロCTによるパレオスポンディルス頭骨の精密観察（分解能1.46 µm）に成功した。系統解析の結果，パレオスポンディルスはヒレを持つ魚類段階の脊椎動物（エウステノプテロンなど）と手足を進化させた陸上進出段階の脊椎動物（アカントステガなど）の中間の動物であると推定された。一方で，パレオスポンディルスには，頭骨表面を覆う皮骨性骨格や歯，胸ビレ，腹ビレがないといった独自の奇妙な特徴もある。これらの特徴は幼生に見られるものと一致する     パレオスポンディルスの奇妙な形態的特徴は，幼生の形態パターンのようでもある。これは，進化発生学にとって意外な手がかりだ。親と同じ形態で生まれる動物の発生過程で見られる器官・組織どうしの相互作用は，一部の器官が未発達のまま自由生活をする幼生段階を経る発生過程では大きく変化する場合がある。今後は，手足などの形態進化の背後にそのような発生機構の変化が関与していた可能性についても検証を進めていく価値がありそうだ。   参考文献：T. Hirasawa, et al., "Morphology of Palaeospondylus shows affinity to tetrapod ancestors," Nature 606, 109. 2022. 理学部ニュース2023年5月号掲載 理学の謎>       News Press Releases 2024年 2023年 2022年 2021年 News 受賞・表彰 2024年 2023年 2022年 2021年 総長賞・学修奨励賞・研究奨励賞 受賞者一覧 お知らせ Features 理学部ニュース トピックス 2024年 2023年 2022年 2021年 理学エッセイ 理学のタマゴ 理学のススメ 未来へのとびら 理学の研究者図鑑 理学の謎 １+１から∞の理学 学部生に伝える研究最前線 理学の本棚 学生支援室よりみなさんへ・男女共同参画委員会よりみなさんへ 温故知新 英語で伝える科学 理学部見聞録 リガクル YouTubeチャンネル Events 理学部公開講演会 オープンキャンパス 高校生講座 女子中高生イベント 東京大学理学部ホームカミングデイ サイエンスカフェ 臨海実験所 植物園本園・分園 木曽観測所 過去に開催したイベント イベント通知メールの登録 サイエンスギャラリー イメージバンク 全て 建物 人 歴史 設備 教育 研究 物理学専攻 天文学専攻 地球惑星科学専攻 化学専攻 生物化学専攻 生物科学専攻 臨海実験所 植物園 地殻化学実験施設 天文学教育研究センター 数理科学研究科 学務からのお知らせ News Press Releases News 受賞・表彰 お知らせ Features 理学部ニュース リガクル YouTube Events サイエンスギャラリー イメージバンク 理学系について 研究科長からのご挨拶 憲章 組織 機構図・役職 窓口一覧(学内限定) 研究者 共有施設 理学図書館 小柴ホール・共通講義室 歴史 ロゴ 理学部概要・パンフレット 会議資料 教授会議事録 会議資料サイト(学内限定) 研究 最新の研究成果 専攻紹介 附属施設紹介 素粒子物理国際研究センター 研究倫理 入学案内 学部 アドミッションポリシー 学士入学 GSC 学部研究生 学部聴講生 奨学金 大学院 --> 大学院 アドミッションポリシー 修士課程 博士課程 GSGC 外国人特別選考 外国人研究生 大学院研究生 特別聴講学生 奨学金 教育 学部教育 お知らせ 学科紹介 カリキュラム・ディプロマポリシー 教育プログラム 科目ナンバリング 授業評価アンケート 大学院教育 お知らせ 専攻紹介 カリキュラム・ディプロマポリシー 教育プログラム 産学連携プラットフォーム 科目ナンバリング 国際 ダブルディグリープログラム 受入れプログラム 学生の声 UTRIP GSC GSGC その他プログラム 派遣プログラム 学生の声 SVAP UGRASP GRASP その他プログラム 支援 奨学金・経済的支援 就職情報・キャリア支援 キャンパスライフ 保健センター 学生支援室 育児支援室・休養室 ハラスメント相談体制 ダイバーシティ＆インクルージョン 男女共同参画室 バリアフリー支援室 国際支援 留学生 外国人研究者・教員 在学生向け留学情報 研究者の海外派遣情報 グローバル化支援(学内) ETHZとの戦略的パートナーシップ(SPUR) 研究科支援 研究支援総括室 情報システムチーム 技術部 広報室 環境と安全 環境安全管理室 放射線管理室 研究資金 卒業生・修了生 同窓会 各種証明書交付申請のご案内 寄付のご案内 基金紹介 寄付金の活用事例 寄付者からのコメント 社会貢献 --> 社会貢献 公募 アクセス お問い合わせ 撮影・取材について ポリシー サイトマップ facebook twitter YouTube instagram spotify © 2024 東京大学 大学院理学系研究科 広報委員会 ↑