研究紹介

海岸のハマトビムシが視物質の起源を教えてくれる
浜松医科大学医学部 総合人間科学講座 生物学

はじめに地球上に存在する生物の約80％は節足動物である1）．これまで昆虫類と甲殻類は進化的に遠いと考えられてきたが，近年，複数の分子系統解析の結果から，これらの２つの綱が近縁であることがわかり，これらを汎甲殻類（Pancrustacea）とする分類が提唱されるようになった2）．

外山 美奈（Toyama, Mina）

ヒドロレチナール（A2），3– ヒドロキシレチナール（A3）が知られている．４番目の視物質発色団である4– ヒドロキシレチナール（A4）は，深海に生息するホタルイカ類のみに発見されている3）．A1は，視物質発色団として Wald G.4） によって最初に発見されたことが示すようにほとんどすべての生物がもっている．これまで視物質は昆虫類でたくさん研究されていて，ハエで A3が発見された5）ことをきっかけに，昆虫類には A1と節足動物は視覚受容器として同じような構造の複眼をもち，A3の存在が確認された6）7）．甲殻類でも例外ではなく，ほとん昆虫類も甲殻類も例外ではない．複眼の構成単位は個眼であり， どが A1をもっていて，ザリガニなどの一部の甲殻類が A1とそれぞれの個眼の表面には角膜と円錐晶体からなる２つのレンA2の両方をもつことが報告され，甲殻類は A1と A2のみの視物ズ構造があり，レンズの下方にはいくつかの視細胞が存在して質発色団をもつと考えられていた．
いる．それぞれの視細胞は多数の微絨毛（microvilli）を突出分子系統解析により進化的に近いとされる昆虫類と甲殻類させており，この微絨毛の集まりを感桿分体という．レンズかなのに，なぜ昆虫類だけが A3をもつのか？ 筆者はこれまで，さまざまな環境に生息する魚類の視物質発色団を網羅的に分析ら続く光路上に感桿分体が位置し，その感桿分体の集まりを感し，海水魚はほぼすべてが A1のみをもつが，淡水魚には A2を桿という．この視細胞が突出させている微絨毛上には光受容タもつものがいることを明らかにしてきており8），生物の生息環ンパク質である視物質が大量に含まれ，視覚応答はその視物質'.の光異性化から始まる．つまり解剖学的には，視物質が含まれる微絨毛が光受容の始まる部位といえる（図１ａ）．
視物質は，オプシンと呼ばれるタンパク質部分に，ビタミンA のアルデヒド誘導体であるレチナールなどの発色団が結合したものである．オプシンは１本のポリペプチド鎖が，７回膜を貫通する構造をとっている（図１ｂ）．光を受容した視物質は，発色団が11-cis 型から all-trans 型に光異性化することで，ロドプシンから活性型メタロドプシンに変わる．活性型メタロドプ
シンが存在することで，細胞内伝達分子が信号を運び，細胞のチャネルを開閉し節足動物の視細胞は脱分極応答を示して，光受容した信号を脳へ送り，行動の変容を引き起こしている．
これまで視物質発色団は４種報告があり（図２），節足動物
ではレチナールは３種の同属体，レチナール（A1），3, 4– ジデ(a)境と視物質の関係について注目してきた．そこで，環境適応能力が高く，海水に生息するものは砂浜から深海まで生息し，それ以外のものは淡水や陸上にまで地球上のあらゆる所に生息している甲殻類端脚目の生物を用いて，光環境と眼の関係について，視物質発色団に注目して調べることとした．
手始めにこれまで本研究室で研究材料とされてきた地中海沿岸を中心にヨーロッパ各地の海岸域に生息するハマトビムシ
Talitrus saltator について，環境スペクトルと複眼の視物質発色団の関係を解析することを試みた．

甲殻類での A3の発見
T. saltator は，地中海沿岸の砂浜の潮間帯上部に生息する一般的な端脚類である（図３）．T. saltator は乾燥することを避け

⾓膜
視細胞

A1

感桿分体

retinal

円錐晶体

A23,4-didehydroretinal

微絨⽑(b)な岱恐生Light

視物質

図１11-cisretinalcisret叫A33-hydroxyretinal

all-trans
retinaltrans retinalA44-hydroxyretinal

視物質は網膜上にある

図1 視物質は網膜上にある(a) 複眼を構成する個眼は角膜と円錐晶体からなるレンズとその下方には視細胞が存在する．視細胞は多数の微絨毛を突出させてお(a)複眼を構成する個眼は⾓膜と円錐晶体からなるレンズ
り，この集まりを感桿という．微絨毛には光受容タンパク質であとその下⽅には視細胞が存在する。視細胞は多数の微る視物質が大量に含まれる．
絨⽑を突出させており、この集まりを感桿という。微(b) 微絨毛に含まれる視物質は７回膜貫通型のタンパク質と発色団か絨⽑には光受容タンパク質である視物質が⼤量に含まらなる．発色団は，光を受容すると11-cis から all-trans へと光異れる。
性化する．
(b)微絨⽑に含まれる視物質は７回膜貫通型のタンパク質と発⾊団からなる。発⾊団は、光を受容すると11-cisからall-trans へと光異性化する。

図２

視物質発色団の種類
図2
視物質発⾊団の種類
視物質発色団はこれら４種が報告されている．黒色で示す脊椎動物
視物質発⾊団はこれら4種が報告されている。
では A1と A2が，緑色で示す毘虫では A1と A3が，赤色で示すホタ⿊⾊で⽰す脊椎動物ではA1とA2が、緑⾊で⽰ルイカでは A1，A2，A4の存在が確認されている．
す昆⾍ではA1とA3が、⾚⾊で⽰すホタルイカ
ではA1,A2,A4の存在が確認されている。
「うみうし通信」No. 110（2021.3）

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があり，その際，太陽や月，天空のスペクトル分布や風景などの cue を使って，海と陸間を直線的に移動することが，イタ̲て海へ移動し，また濡れすぎることを避けて陸へ移動する習性

さまざまな光環境にいる甲殻類のもつ視物質発色団の関係を調べる

リアを中心におこなわれてきた数多くの研究で明らかにされて端脚目のハマトビムシで，初めて甲殻綱が視物質発色団としきた9）〜13）．本種が視覚を用いて Orientation していることは行て A3をもつことを確認したが，では他の甲殻類の発色団はどうなのだろう？ 陸，湧水，砂浜，潮間帯，浅瀬，海，深海などのさまざまな光環境に生息する採集可能な甲殻類の端脚目 Amphipoda をはじめ，等脚目 Isopoda，十脚目 Decapoda もA3をもつのかどうか調べることとし，フィールド調査によりまた一部は購入して入手し，研究室で視物質発色団の分析をおこなった．
材料として用いた端脚目の生息環境は以下のとおりである．
陸上種のオカトビムシ Platorchestia humicola は，大学構内の林の落ち葉の下（図６ａ）から採集した．林床の落ち葉の下は暗く，常に湿った状態であった．淡水域のヒメアナンデール
し，ヒドロキシルアミンによってオキシム化した発色団を抽出
ヨコエビ Jesogammarus fluvialis は湧水池（図６ｂ）に生息し，し，高速液体クロマトグラフィー（HPLC）を用いて a Water水温は年間を通じて15℃で，沈水性の水生植物が繁茂していた．
type A-012（SIL）packed column（６mm ×150 mm, Yamamura
海水域のうち，直射日光が当たる潮間帯に生息するニホンスナ
Chemical Laboratories Co. Ltd.）を通過させて分析した．A1はハマトビムシ Sinorchestia nipponensis およびタイリクスナハマ
最初の45分の溶出液（７％ジエチルエーテル，0.075％エタノ
トビムシ Sinorchestia sinesis は，潮間帯上部の砂浜（図６ｃ）ール／ n– ヘキサン）で溶出され，A3は同一のカラム内に停滞の海草などの漂着物の下で多く見られた．また，ニホンヒメ
しており続く溶出液（30％酢酸エチル，１％イソプロピルアル
ハマトビムシ Platorchestia pachypus およびヒメハマトビムシ
コール／ n– ヘキサン）で次の45分間で溶出される．T. saltator
Platorchestia joi は，潮間帯中部の砂利浜（図６ｄ）の漂着物のの30匹分の頭部から抽出しオキシム化した視物質発色団を下に多く観察された．また，常に海水面下にあるアマモやアオHPLC で分析した結果が図４である．驚いたことに，図４のクロマトグラムが示す通り，T. saltator は甲殻類でありながら， サなどが繁茂しているいわゆるアマモ場（図６ｅ）では，ニッ
ポンモバヨコエビ Ampithoe lacertosa やオオワレカラ Caprella
A1に加え A3ももっていることを見つけた．これらの視物質がkroeyeri が 多 く 採 集 さ れ た． 浜 名 湖 の ア マ モ 場 は 水 深 が 浅
実際に機能しているのかどうかを調べるために，375 nm，450
く，大潮の満潮時でも水面から数 m 以内で光が届きやすい環nm，526 nm，580 nm，655 nm の各波長の光を30分間照射して選択光照射（selective-light-adaptation）実験をおこなったと
ころ，A1は短波長の光でよく11-cis 型から all-trans 型に光異性化することがわかり，また A3は UV と長波長の光でよく11-cis100■ A
111 てI5型から all-trans 型へ光異性化することがわかった．この結果か■ A1• 訂gns
ら，A1も A3も，視物質発色団として光応答性があり機能して‑‑苓-----~雪~ー 80 ‑いることが確認でき（図５），A3が甲殻類の視物質発色団であることを世界ではじめて発見できた．
60

動学的に強く示唆されてきたが，複眼の詳細な研究はなされていなかった．そこで本種が光受容する波長帯域を検討するために，視物質発色団の光異性化する波長を特定する実験をおこなうこととした．これまで甲殻類では視物質発色団として A1とA2しか存在が確認されていなかったが，甲殻類と進化的に近いとされる昆虫類に A3があることがわかっていたので，念のため，本種の複眼について A3に関する化学分析も実施した．
視 物 質 発 色 団 の 解 析 は， 概 ね Suzuki and Makino-Tasaka（1983）14） の方法に従い，ホモゲナイザーを用いて眼をすり潰躍甜

匡~ 40 •
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図３

地中海沿岸に生息するハマトビムシ Talitrus saltator

1:

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00l450526580655

波長 1(nm)■ A311̲ch■ A3-"om冦 80

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80旦持時間（分）図４

ハマトビムシの複眼の視物質発色団の分析
最初の45分の溶出液（７％ジエチルエーテル，0.075％エタノール／n– ヘキサン）で A1が，次の45分の溶出液（30％酢酸エチル，１％イソプロピルアルコール／ n– ヘキサン）で A3が検出された．

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図５.
t 375
con45052.
6580655

波長 {nml’

ハマトビムシの複眼の光異性化実験※
A1は375 nm, 450 nm の短波長でよく光異性化する．A3は紫外光375nm と526 nm, 580 nm, 655 nm の長波長でよく光異性化する．

※訂正：図中のA1-transとA3-trans は、「A1 all- trans 」と「A3 all-trans」へ変更

とに超深海に生息するカイコウオオソコエビは A3をもっていは，下田沖水深40 m の海底からドレッジ採泥し，実験室内でた（論文投稿中）．昆虫類の視物質発色団の A3の分布に関して，選別採集した（図６ｆ）．超深海種のカイコウオオソコエビ

Smith W.C. and Goldsmith T. H. が，生息域や属や科による関連

Hirondellea gigas は JAMSTEC との共同研究によりマリアナ海はないことを報告している15）．昆虫類の，移動能力の高さが分溝チャレンジャー海淵（水深10,900 m）から採集されたものである．さらに分析種を増やすため，淡水種の Hyalella azteca は購入して，潮間帯の Orchestia montagui と Talorchestia ugolinii
はイタリア・フィレンツェ大学の Ugolini 教授から送っていた
だいて解析に用いた．
比較として用いた等脚目と十脚目の種は，可能な限り前述の端脚目の生息地と同じ環境から採集したが，採集ができなかったものについては，近似した光環境に生息する種を入手し比較に用いた．等脚目では，陸上種としてオカダン
ゴ ム シ Armadillidium vulgare， 淡 水 域 で は ミ ズ ム シ Asellus
hilgendorfi，潮間帯上部ではハマダンゴムシ Tylos granuliferus（新潟県），潮間帯中部ではキタフナムシ Ligia cinerascens，浅海ではイソヘラムシ Cleantiella isopus，深海種はオオグソク
ムシ Bathynomus doederlenii を用いた．また，十脚目では，陸上種としてサワガニ Geothelphusa dehaani，淡水種としてモク
ズガニ Eriocheir japonica およびミナミヌマエビ Neocaridina
denticulata，潮間帯上部の種としてコメツキガニ Scopimera
globosa，潮間帯中部ではイソガニ Hemigrapsus sanguineus，浅海 種 で は ア マ モ 場 で 採 集 さ れ た テ ナ ガ エ ビ Macrobrachium
nipponense，ガザミ Portunus trituberculatus，モエビ Metapenaeus
moyebi，イセエビ Panulirus japonicus の他，シャコ Oratosquillaoratoria（瀬戸内海産）を用い，海水域に生息する種としてケガニ Erimacrus isenbeckii（北海道産），深海種としてサクラエ
ビ Sergia lucens（駿河湾産）を用いた．
その結果が表１である．表１が示すように，実験に用いた等
脚目と十脚目はすべて A1をもち，端脚目のみが，A1と A3をもつことがわかった．
図７は端脚目の生息環境と視物質発色団についてまとめた図である．この図のように端脚目の視物質発色団と生息域の関係に注目してみると，淡水，陸上，潮間帯に生息する種はA1と A3の両方もしくは，A3のみをもつことがわかった．また，海水に生息する種では A1のみをもっていた．興味深いこ

布域に関連性をもたせていないのかその理由は明瞭ではないが，'.

境である．海水域に生息するヒトツメスガメ Ampelisca cyclops

陸端脚目は地球上に広く分布しているがそれぞれの種の生息域は限定されてされていることが，今回の明瞭な結果を示したことに繋がったのかもしれない．

おわりに本研究により，昆虫類でしか確認されていなかった A3を甲殻類のハマトビムシがもち，視物質発色団として機能していることを発見できた．また，甲殻類端脚目内で A3をもつ種が複数存在することが示されただけでなく，A3をもつ種は潮間帯から上部の陸域にわたって限られた環境内でのみ生息していることがわかった．一方，等脚目や十脚目では A3をもつ種はみられなかった．
A3は地球大気の酸素濃度が上昇した時に出現した昆虫類にのみに存在する特有な発色団で，昆虫類が視物質発色団としてA3をもつ理由は酸素濃度環境の変化への適応だとこれまで考えられてきた16） が，昆虫類よりも進化学的に古く，種分化の際に酸素濃度上昇に曝されてない甲殻類が A3をもつことの発見は，A3が視物質発色団として昆虫類特有のものだけでなく，地質学年代の酸素上昇のイベントによって引き起こされたこととは異なる要因があったことを示唆する進化学的にも重要な発見である．今後，甲殻類全般の視物質発色団を探索すると同時に，分子系統解析や環境要因との関連などを広げることで，視物質の進化に迫ることができると考えている．
謝辞
本研究を行うにあたり，筑波大学下田臨海実験センターと琉球大学熱帯生物圏研究センター瀬底研究施設には野外調査の際，様々な便宜を図っていただいた．また，本研究は公益財団法人
水産無脊椎動物研究所の2016年個別研究助成（2016KO-4）によって実施した．この場を借りて，感謝申し上げる．

湧水 b 静岡県三島市清住町
清住緑地内の湧水

a 静岡県浜松市東区半田山
浜松医大構内の森の落ち葉の下ヒメアナンデールヨコエビ
Jesogammarus fluvialis
オカトビムシ
Platorchestia humicola

潮間帯上部c静岡県浜松市西区舞阪町弁天島
弁天島の砂浜ニホンスナハマトビムシ

オカダンゴムシ
Armadillidium vulgare

沖縄県国頭郡本部町瀬底
瀬底島の砂浜タイリクスナハマトビムシ
Shinorchestia sinesis

潮間帯中部 d静岡県浜松市北区三ケ日町
佐久米
奥浜名湖の潮間帯

濯Sinorchestia nipponensis

浅海ミズムシAsellus hilgendorfi

海 fe

静岡県浜松市西区舞阪町弁天島
弁天島のアマモ場

ニッポンモバヨコエビ
Ampithoe lacertosa

ニホンヒメハマトビムシ
Platorchestia pachypus

キタフナムシLigia cinerascens

静岡県下田市
下田沖、水深40m(協力；筑波大学下田臨海実験センター)•

ヒトツメスガメ
Ampelisca cyclops

図７
オオワレカラCaprella kroeyeri

図６

イセエビ
Panulirus japonicus

実験材料と生息場所と採集風景

図6 実験材料と生息場所と採集風景

端脚目の視物質発色団の地理的分布
端脚目では淡水，陸上，潮間帯に生息する
種は A1と A3の両方もしくは A3のみを，海産のものは A1のみをもっていた．
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7表１

甲殻類の視物質発色団の種類と地理的分布の関係
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