【概要】
北海道大学大学院理学研究院の竹内勇一准教授、富山大学医学部（研究当時）の丸林菜々子氏、福井県立大学海洋生物資源学部 先端増養殖科学科の八杉公基准教授からなる研究グループは、動物の右利き･左利きの教科書的な例として知られる、タンガニイカ湖産の鱗食性シクリッド科魚類Perissodus microlepis（鱗食魚）の利きが、他の魚のウロコをはぎ取って食べるという摂食経験によって顕著化されることを突き止めました。
ヒトの利き手に代表される「利き」は、遺伝と生後環境の両方の影響を受けて形成されますが、その因果関係はいまだによく分かっていません。「利き」、すなわち左右性のモデルとして知られるこの鱗食魚は、個体ごとに下顎骨の形態に左右差があり、左側の下顎骨が大きい左利きは獲物の左側から、右側の下顎骨の大きい右利きは獲物の右側から襲うという、形態と行動に一貫性のある明瞭な左右非対称性を示します。下顎骨の左右差は遺伝要因によって生じることが示唆されているものの、生後環境が及ぼす影響はこれまで不明でした。本研究グループは、ウロコを摂食する経験を実験的に操作することで、人工の粉餌をつまんで食べるサカナよりも、鱗を摂食するサカナの方が捕食行動が活発化し、下顎骨が可塑的かつ左右非対称に成長していくことを明確に示しました（図 1）。
固い物を食べる食習慣で顎の形が変化するという可塑性は多くの動物で見られる現象ですが、鱗食魚では鱗食によって顎が強靱になり左右差が拡大するという初めての知見です。顎が非対称になることは、うまくウロコを剥がして食べられるという摂食効率につながります。右利きと左利きが一つの種の中でなぜ維持できるのか、その仕組みの全容はまだ謎が多く残されていますが、今回の成果から、利きは遺伝プログラムで生じて摂食経験という生後環境で強化されることが示唆されました。今後は、鱗食魚の利きの形成メカニズムの全貌を明らかにし、ヒトの利き手のメカニズムと比較することで、動物における左右性の仕組みの共通基盤に対してより深い理解が得られると期待されます。
【研究手法と成果】
本研究では、4 ヶ月齢の鱗食魚に対して、異なる三つの採餌条件（人工飼料群を与えた「鱗食未経 験群」、餌魚を 1 匹 10 分間与える「餌魚 1 匹群」、2 匹 10 分間与える「餌魚 2 匹群」）で 4 ヶ月間飼 育し、捕食行動と下顎骨形態の変化を分析しました。捕食行動の解析については、自動運転などにも 利用されている物体検出用のニューラルネットワーク YOLOを用いました。このニューラルネット ワークに鱗食魚と餌魚のデータを学習させることで、捕食実験の際に撮影された映像内で両者の位置 を自動検出する AI を作成しました（図 2）。この「鱗食魚＆餌魚検出 AI」に実験映像を解析させ、両 者の個体間距離と遊泳運動量を算出しました。
鱗食魚と餌魚の個体間距離の平均値は、実験日数を重ねるととともに短縮し、一方で遊泳運動量は 両者とも増加していました（図 2）。これは、鱗食魚は常に餌魚を追い回すように泳ぐようになったこ とを意味します。10 分間における襲撃回数は、実験開始 10 日頃から大幅に増加し、実験 50 日頃に は餌魚１匹群は約 150 回、餌魚 2 匹群は約 270 回に達するように大きく変化しました。したがって、 餌魚の数の違いは、鱗食経験の豊富さの違いとして反映されたといえます。
4 ヶ月にわたる捕食実験後に下顎骨を取りだして、幾何学的形態測定法に基づき下顎骨の形を定 量化して解析した結果、餌魚 2 匹群は鱗食未経験群と比較して、歯骨の前後軸が特に伸長していたこ とが分かりました（図 3）。また、利き側の下顎骨の高さ（歯骨上端から後関節骨下端まで）は非利き 側よりも有意に長くなっていました。興味深いことに、未鱗食経験群のサカナの下顎骨にも、小さい ながら左右差が観察され、左右差の創出には遺伝的背景があることが示唆されました。以上から、鱗 食経験によって捕食活性が向上し、口部骨格が強靱になるのに加えて、左右の下顎骨が非対称に成長 することを見出しました。同様に、鱗食経験が豊富な野外採集個体、それと同等の体長の鱗食未経験 の飼育個体で、下顎骨の高さの左右差を比較したところ、野外採集個体の方が約 3 倍も左右差が大き いことも確認しました。固い物を食べる食習慣で顎の形が変化するという可塑性はヒトを含む多くの 動物で見られる現象ですが、鱗食魚では鱗食によって顎が強靱になり左右差が拡大するという形で現 れることが分かりました。すなわち、動物の利きの形成に表現型可塑性＊5が関与することを初めて実 証した重要な知見です。
【論文情報】
論文名：Phenotypic plasticity drives the development of laterality in the scale-eating cichlid fish Perissodus microlepis
著者名：
雑誌名：Evolution誌（Oxford University Press）
公開日：2025年7月4日（金）
DOI：https://doi.org/10.1093/evolut/qpaf131
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