教員の研究紹介
竹内 勇一

認知・情動脳科学専攻 Major of Cognitive and Emotional Neuroscience

利きを司る脳内システムの解明
The brain mechanisms regulated righty and lefty in a scale-eating fish
Yuichi Takeuchi解剖学・神経科学 Anatomy and Neuroscience
竹内 勇一 Yuichi Takeuchi
  • TEL : 076-434-7207
  • URL : http://www.med.u-toyama.ac.jp/anat/index.html
  • Keywords : 左右性, 利き, 脳の左右差, 生物間相互作用, 神経メカニズム, 遺伝子発現解析, シクリッド, タンガニイカ湖, マラウィ湖

研究の背景と目的 Background and Purpose of Study

我々に利き手があるように、体の左右一方を優位に使う動物は、広い分類群で見られます。一般に、利きは運動の早さ・強さ・正確さを向上させ、生存上有利に働くと考えられています。これだけ身近な現象にも関わらず、研究戦略の難しさから、その制御機構・発達過程・分子基盤・進化の理解は進んでいません。 私はこの長年の謎を解くため、利きが明瞭でシンプルな脳を持つアフリカ・タンガニイカ湖の「鱗食魚」Perissodus microlepisで、利きのメカニズム(神経機構、分子遺伝基盤、発達過程、生態機能、進化)について研究を行っています。  
The underlying themes of my research program are the neuroethology and behavioral ecology. My current focus is the relation between ecological selection pressure and brain system. I am interested specifically in understanding of neuronal system, ecological mechanism, development, and evolution of lateralized predation behavior in the scale-eating cichlid fish. Their behavioral laterality appears to share several features in common with handedness in humans. My field site is Lake Tanganyika in Africa.

本研究の領域横断性

鱗食行動の利きは胴の屈曲に現れ、これほど単純明確な左右性運動は他になく、具体的な神経回路から分子基盤まで明らかにされることが期待されます。タンガニイカ湖のシクリッドは爆発的種分化の代表例として広く知られ、野外研究は進んでいる一方、入手や維持管理の問題から神経学的研究に用いられることはありませんでした。私たちは世界に先駆けて、鱗食魚の大量飼育システムの開発、飼育下での繁殖に成功しており、フィールドワーク主体の「生態学」・実験室での「神経科学」・「ゲノミクス」の3分野融合という、先駆性の高い学際的取り組みを実践しようとするものです。

研究内容

私はこれまでに、【1】鱗食魚の捕食行動を実験室内で再現・分析して、行動成分を明らかにし、利き側からの襲撃の方が素早く大きく屈曲できることで捕食成功率が高まること(Takeuchi et al. 2012)、【2】捕食行動の左右性(襲撃方向の偏好性)や下顎骨の左右差は稚魚期には曖昧で、体の成長に伴って一方に偏ること(Takeuchi et al. 2016)、【3】捕食行動の左右性は鱗食経験を通じて強化される一方で、【4】鱗食行動で捕食成功に重要な胴の屈曲運動は経験に寄らず常に利き側の方が逆側よりも優れていることを実証しました(Takeuchi & Oda 2017)。また、【5】鱗食魚の左右半脳からRNA-seqを行い、左脳/右脳に特有な発現を示す遺伝子群を同定し(Takeuchi et al. 2018)、【6】 タンガニイカ湖の鱗食魚P. microlepisとマラウィ湖のヒレ食魚Genyochromis mentoにおける左右性の種間比較から、左右性レベルの強弱は食性と進化時間の両方に影響されることを示しました(Takeuchi et al. 2019)。

鱗食魚が獲物を襲う様子はこちらから。

https://www.youtube.com/watch?v=OTnrHNdlUOY

右利き・左利きのような種内二型が維持されるには、遺伝的問題や発生上の制約を乗り越える必要があります。また、脊椎動物の脳の基本構造は右図のように相同であるため、利きの仕組みも共通している可能性があります。将来展望としては、魚類の利きの研究を通じて、動物界の制御機構の構築原理や成立起源の解明につなげていきたいと考えています。研究が発展すればヒトの利き手との共通性や相違性も見えてくるでしょう。

参考文献

1)*Yuichi Takeuchi, Hiroki Hata, Atsushi Maruyama, Takuto Yamada, Takuma Nishikawa, Makiko Fukui, Richard Zatha, Bosco Rusuwa, Yoichi Oda. Specialized movement and laterality of fin-biting behaviour in Genyochromis mento in Lake Malawi. Journal of Experimental Biology, 222: jeb191676. 2019.

2) *Yuichi Takeuchi, Asano Ishikawa, Yoichi Oda, Jun Kitano.  Lateralized expression of left-right axis formation genes is shared by adult brains of lefty and righty scale-eating cichlids. Comparative Biochemistry and Physiology, part D, 28: 99-106. 2018. 

3) *Yuichi Takeuchi, Yoichi Oda.  Lateralized scale-eating behaviour of cichlid is acquired by learning to use the naturally stronger side. Scientific Reports, 7: 8984. 2017. 

4) Michio Hori, Mifuyu Nakajima, Hiroki Hata, Masaki Yasugi, Satoshi Takahashi, Masanori Nakae, Kosaku Yamaoka, Masanori Kohda, Jyun-ichi Kitamura, Masayoshi Maehata, Hirokazu Tanaka, Norihiro Okada, and *Yuichi Takeuchi.  Laterality is universal among fishes but increasingly cryptic among derived groups. Zoological Science, 34: 267-274. 2017. 

5) *Yuichi Takeuchi, Michio Hori, Shinya Tada, Yoichi Oda.  Acquisition of lateralized predation behavior associated with development of mouth asymmetry in a Lake Tanganyika scale-eating cichlid fish. PLoS ONE, 11: e0147476. 2016. 

6)*Yuichi Takeuchi, Michio Hori, Yoichi Oda. Lateralized kinematics of predation behavior in a Lake Tanganyika scale-eating cichlid fish. PLoS ONE, 7: e29272. 2012.

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