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複眼のタイルパターンを決定する幾何学メカニズム解明

図1 6角形から4角形パターンへの変化

【本研究成果のポイント】

  • 同じ形状が隙間無く敷き詰められたタイルパターンは様々な生物において見られる。昆虫の複眼などの様に物理的に安定な6角形タイルが一般的である。
  • 通常,ハエの複眼は6角形タイルから成るが,ある種の変異体では4角形タイルに変化する。この現象は物理的な安定性だけでは説明できない。
  • 幾何学的な分割機構が複眼の6角形および4角形タイルパターンを決定することを明らかにした。

金沢大学 新学術創成研究機構の佐藤 純 教授,北海道大学大学院 理学研究院の栄 伸一郎 教授,富山大学 学術研究部理学系の秋山 正和 准教授,サレジオ工業高等専門学校の須志田 隆道 講師らの共同研究グループは,ショウジョウバエの複眼を用いて,生物においてタイルパターンが制御される仕組みを解明しました。

同じ形状が隙間無く敷き詰められたタイルパターンは昆虫の複眼やハチの巣において見られ,6角形のタイルパターンが一般的です。これは,6角形タイルが構造的に頑強で,各タイルの周長が短く,空間充填度が高いという物理的特性によると考えられていました。

ですが,エビやロブスターの複眼は4角形タイルパターンを示します。ハエの複眼も通常は6角形タイルパターンを示しますが,ある種の変異体では4角形に変化します。これらのことから,物理的な安定性のみに従ってタイルパターンが制御されているわけではないと考えられます。

本研究では物理的制約に加えて幾何学的な分割機構に従って複眼のタイルパターンが制御されることを明らかにしました。複眼が小さい変異体では複眼全体が背腹方向に伸長することによって複眼を構成する個眼の位置関係が変化し,これに伴って6角 News Release 2/5 形タイルが4角形タイルに変化します。個眼の規則的な分布と個眼の成長の組み合わ せによって複眼のタイルパターンが決定するのです。

本研究成果は,2022 年4 月6 日午前11 時(米国東部標準時)に米国科学誌『Current Biology』のオンライン版に掲載されました。

研究成果の詳細はプレスリリースをご覧ください。