博 士 （ 水 産 学 ） 早 川 洋 一

学位論文題名ヨコスジカジカHe7nilepi
dotusgilbertiの繁殖生態と異型生殖細胞に関する機能形態学的研究
学位 論文内容の要旨
動物に は、精子 形成過程で 精子とは 大きさや 形態が異 なる生殖 細胞（異型 生 殖 細 胞 ； aberrant sperm)を、 精 子 と並 行 して 形 成 する 種 が存 在 する。こ の様な現 象を精子の 多型性と 呼び、無 脊椎動物 から脊椎 動物まで広く みら れ る。 異 型 生殖 細 胞は 、 減 数分 裂 時 に核 や 細胞 質が 不均等に 分裂し、一 部の細胞 が無核、貧 核あるい は多核化 して生じ る。こう した異型生殖細胞 は、一種 の奇形とみ なされる ことが多 く、それ らが生態 学的にどのよ う な 意 味 を 持 つ の か に つ い て は 殆 ど 知 ら れ て い な い 。
魚類に おいては 、カジカ上 科魚類（ 以下カジ カ類）の 13種から異 型生殖細胞が 観察され ている。本 研究では 、異型生 殖細胞を 形成する ヨコスジカ
ジカHemilepidotusgil
bertiを用いて、異型生殖細胞の形成過程を微細構造
レベル を含む精 巣の組織観 察から明 らかにす るととも に、繁殖 行動の観察および 精子の運 動特性など 受精生理 学的実験 をもとに 、異型生 殖細胞機能を明ら かにした 。

【異型生殖細胞の形成過程】
南 北海道太 平洋岸の南茅部沖で採集した個体をもとに、本種の生殖周期を 明らかに した。その過程において、精巣内にへマトキシレン好染性の円盤状の細胞（直径5〜7/LII1、厚さ2〜3ロm）が成熟とともに出現した。そして 繁殖期（ 10〜11月）には、全ての包嚢は精子と円盤状の細胞が混在した状 態となっ た。さらに、精子変態過程の微細構造観察を行ったところ、通常 の精母細 胞は、細胞質中に中心子や軸糸構造が出現する精細胞初期、核内 でク 口 マ チン 濃 縮が開始 する精細 胞中期、 およびク □マチンの 濃縮が進行 する 精 子 完成 に 至る精細 胞後期を 経て精子 完成に至 った。しか し、精細胞以降 の包嚢に は、細胞 質に富む が尾部がなく、ク□マチンが高密度に濃縮し た核 を 複 数個 有 する円形 の多核細 胞（直径 5〜7um)も多数 観察された 。
それら は、細胞 間橋で精 子と連絡 していることから、減数分裂時に細胞質が不均等 に分裂し て生じた ものと考 えられた。そして、これらの細胞が異型生殖細胞 であり、 多核化し ているた め、光顕下ではへマトキシレンに濃染して観察さ れたと考 えられた 。
精母細 胞以降の 生殖細胞 では、し ばしば層版状構造を持つ細胞間橋が多数観察さ れた。一 般に層版 状構造は 、器官の分化・形成の初期段階で出現し、細胞分 裂の進行 を制御す る働きを するとされることから、これらが異型生殖細胞の 形成に関 与すると 考えられ た。

【ヨコス ジカジカの 繁殖行動 】
水槽内で 繁殖行動を 観察した。本種の産卵は、雄の求愛を受け入れた雌が雄のなわ ばり内で産 卵し、な わばり雄が放精したのち、他の雄による盗み放精が続く という形態 であった 。卵は粘性の高い卵巣腔液とともに20〜50分を要して基 質上に産み 出された 。卵巣腔 液は約2時 間後には 海水と溶解し、完全に消失 するが、産 卵中は終 始卵を取り巻いていた。産卵途中に、なわばり雄は放精 を数回繰り 返し、最 初と2回目の放精（産卵開始からそれぞれ約6分と11分後） までは、な わばり内 に侵入す る雄を激 しく排除した。しかし、2回目の放 精を終える と、ガー ドは次第に緩和し、盗み放精を許した（同；約15分後）。

【ヨコ スジカジ カの受精 環境】
繁殖行 動の観察 では、いずれの放精も卵巣腔液が消失する前に行われた。
そこで 、卵巣腔 液の役割に注目し、精子の運動活性などの調査からヨコスジカジカ の受精環 境を調べた。本種の精子は輸精管から取り出した時から既に運動を 開始して いた。浸透圧の異なる試験溶液中では、電解質、非電解質を問わず 卵巣腔液 と海水の中間に相当する400〜800mOsmで最も高い運動活性を示した 。また、 卵巣腔液 中での運動活性は海水中よりも高く、プレ／ヾラート
上 で は 約 90分 、 密 閉 容 器 内 で は 1週 間 以 上 運 動 が 確 認 さ れ た 。
体内お よび体外 における 人工媒精実験の結果、本種の卵は卵巣腔液中で受精可能で あった。 また、未 受精卵を海水中に20分以上浸した後に媒精しても受精可能で あったこ とから、 長時間の産卵と間欠的な放精に対し、卵巣腔液は体外で卵を 自然付活 から保護 する働きがあることが分かった。これらの結果から、精子は 卵巣腔液 と海水と の境界面で活発に運動し、卵巣腔液の層を通過して卵と到達 すると考 えられた 。

【異 型生殖細 胞の機能】
行動 観察およ び精子活性などの実験結果に基づき、異型生殖細胞の機能の解明を 試みた。 はじめに、 放精の際、異型生殖細胞が精液の卵塊への輸送にどのよう な影響を 及ぼすかを 調べた。精液中の異型生殖細胞、精子および精漿を遠心 分 離し、各 成分の容 積比を調 ベ、精液 を構成す る細胞が 、異型生殖 細胞のみ 、 精子のみ 、および 両者が原 精液と同 じ割合で 混在する 試験精液を 作製した。 それにコ ン卜□ール として原 精液を加 えた4試液 について水槽内で射出実験を 行い、各 試液の到達 距離を測 定した。
その 結果、精 子のみの場合に比べ、異型生殖細胞を含む全試液で到達距離が伸 長 した。し かし、異 型生殖細 胞は精子 と同じ生 殖細胞由 来である。 そのため 、 異型生殖 細胞が形 成される ことによ って、全 てが精子 となった場 合に比ベ、 精液中の 精子量が減 少すると考えられる。そこで、精液の到達距離の伸長によ って精子 輸送にもた らす効果を、放精時の雄と卵塊との距離および卵塊の大き さを考慮 して試算し た結果、精液中に異型生殖細胞を含むことで、精子のみの 場合に比 べて精液中 の精子量は少いにも関わらず、卵塊に到達する精子量は逆 に多くな ることが示 唆された。これらの結果から、異型生殖細胞には、放精 の 際 、 精 子 を よ り 多 く 卵 塊 へ 輸 送 さ せ る 効 果 を 持 つ こ とが 示 さ れた 。
次に 、卵塊に 到達した異型生殖細胞が、盗み放精によって他個体から出された精 子に対し てどのよう な影響を及ぼすかを調べた。海水、卵巣腔液およびそれ ら 2液 を 各 々 1： 4， 2： 3， 1： 1， 3： 2， 4： 1に 混合 し た溶 液 中 で異 型 生
殖 細 胞の 運 動を 観 察 した 。 その 結 果 、異 型 生殖 細 胞 には 運 動 性はな いが、海水中や 海水と卵 巣腔液を4：1に混合した溶液中では、精子の活発な運動により移 動し、互 いに接着し合って細胞塊を形成することが分かった。異型生殖細 胞の移動 は、卵巣腔液中あるいは卵巣腔液を多く含む高粘性の混合液中で はみられ なかった 。
そこで、 プレバラ ート上に卵塊表面の環境（海水と卵巣腔液の境界面）を再現し 、そこに 精液を射出し、精子と異型生殖細胞の挙動を観察した。
その結果 、精液が 卵塊表面に到達すると、精子は卵巣腔液中に侵入し、すぐさま拡 散するが 、異型生殖細胞は侵入できず卵塊表面に堆積し、射出後5〜10分には 境界面に 広く細胞 塊を形成 した。盗 み放精を想定して、他個体から採 取し個体 識別のため螢光染色した精子を、細胞塊形成中の海水と卵巣 腔 液 の混合液 （4：1）に 滴下すると 、それら は細胞塊 に取り込 まれた。細胞 塊によっ て取り込まれる精子量に個体差はみられなかったが、一旦取り込 まれた精 子は再び細胞塊の外に出ることはなかった。このことから、異型 生殖細胞 は卵塊表面で形成される細胞塊の中核となることによって、盗み 放精由来 の精子が卵巣腔液の層に侵入し、卵に到達することを物理的に阻 害するこ とが示さ れた。
これらの 結果から 、ヨコスジカジカにおける異型生殖細胞の排出は、精子形成過 程で生じ た奇形細胞の処理ではなく、精子の輸送および父性の確保に有効 なもので あると考 えられた 。

学位論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査

、

教授
教授
助教授
助教授

島崎健二
小城春男
桜井憲泰
上田 宏

学位論文題名ヨコスジカジカHe7nilep
idotusgilber
tiの繁殖生態と 異 型 生 殖 細 胞 に 関 する 機 能 形態 学 的研 究
動 物に は、 精子 のほ かに、それとは大きさや形態が異なる異型化した生殖細胞（異型 生 殖 細 胞 ； atypical sperm)を 形 成 す る 種 が 存 在 す る 。 こ の 様 な 現 象 を 精 子 の 多 型性と 呼び 、無 脊椎 動物 から魚類を含む脊椎動物まで幅広い動物群でみられる。これまで異 型生 殖細 胞は 奇形 とみ なさ れ、そ れら が形 成さ れる 生態 学的 意味 は不 明で あった 。 本 研 究 で は 、 異 型 生 殖 細 胞 を 形 成 す る ヨ コ ス ジ カ ジカ He
milepidotus gilbe
rtiを用
いて 、そ の形 成過 程を 明らかにし、繁殖生理学的および行動生態学的な調査を基に、異型生殖細胞の機能を叨らかにした。
微 細備 造レ ベル を含 む精巣の組織観察などから、異型生殖細胞は精子と同じ生殖細胞起 源で あり 、減 数分 裂時 に一 部の精 母細 胞が 不均 等に 分裂 して 生じ るこ と、 さらに 、 そ れ ら は 射 出 精 液 中 の 約 50％ の 容 積 を 占 め る こ と が 分 か っ た 。
水 槽内 で繁 殖行 動を 観察した。本種の産卵は、雌が雄のなわばり内で産卵し、なわばり 雄が 放精 した のち 、他の雄が盗み放精を行うとぃう形態であった。産卵中、卵は終始 粘性 の高 い卵 巣腔 液に取り巻かれ、数十分を要して基質上に産み出された。なわば り 雄 は 、 産 卵 中 、 放 精 を 数 回 繰 り 返 し 、 最 初 と 2回 目 の 放 精 （ 産 卵 開 始 か ら 約 6分 と11分 後 ） ま で は 、 他 の 雄 を 厳 し く 警 戒 し た が 、 2回 目 の 放 精 以 降 、 ガ ー ド が 次 第 に 緩
和 し 、 盗 み 放 精 を 許 し た （ 同 ； 約 15分 後 ） 。
卵 巣腔 液の 役割 に注 目し、本種の受精環境を調べた。精子の運動活性を調べたとこ
ろ 、 卵 巣 腔 液 中 で 極 め て 高 い 活 性 を 示 し 、 海 水 中 の 6倍 近 く に 達 し た 。 ま た 、 体 内 外での 人工 媒精 実験 の結 果、本種の卵は卵巣腔液中で受精可能であった。これらの結果
から 、精 子は 卵巣 腔液 と海水との境界面で活発に運動し、卵巣腔液の層を通過して卵に到達すると考えられた。

以 上の 結 果に 基づき、 異型生殖 細胞の機 能を明らか にした。 はじめに 、放精の 際に、異型 生殖細胞が 及ぼす精 液の卵塊 への輸送への影響を調べた。精液中の異型生殖細胞 、 精子 お よぴ精漿 を遠心分 離し、各 成分の容積 比を調ベ 、精液を 構成する 細胞が、異型 生殖細胞の み、精子 のみ、お よび両者が原精液と同じ割合で混在する試験精液を作製 した。それ に原精液 を加えた 4試液につ いて水槽 内で射出 実験を行い、各試液の到達 距離を測定 した。
その結果 、精子のみ の場合に 比ベ、異型生殖細胞を含む全試液で到達距離が伸長した。しか し、異型生 殖細胞は 精子と同 じ生殖細胞由来であるため、異型生殖細胞形成によって 、全てが精 子となっ た場合に 比ベ、精液中の精子量は減少する。そこで、精液の到達 距離の伸長 による精 子輸送へ の効果を、放精時の雄と卵塊との距離および卵塊の大き さを考慮し 試算した 結果、精 液中に異型生殖細胞を含むことで、精子のみの場合に比 ぺて精液中 の精子量 は少いに も関わらず、卵塊に到達する精子量は逆に多くなること が示唆され た。この ことから 異型生殖細胞には、放精の際、精子をより多く卵塊ヘ輸 送させる効 果を持つ ことが示 された。
次に、卵 塊に到達し た異型生 殖細胞の、盗み放精によって他個体から出された精子の運動に 及ぽす影響 を調べた 。海水、 卵巣腔液 およぴそ れら2液を 各々1：4，2：3，1： 1，3：2，4：1に 混合した 溶液中で 異型生殖 細胞の運動 を観察し た。その 結果、異型生殖 細胞には運 動性はな いが、そ れらは海水中や海水と卵巣腔液を4：1に混合した溶 液 中で 、 精子の活 発な運動 により移 動し、接着 し合って 細胞塊を 形成した 。一方、卵巣 腔液や卵巣 腔液を多 く含む高 粘性の混合液中では異型生殖細胞は移動しなかった。
そこで、 プレパラー ト上に卵 塊表面の環境（海水と卵巣腔液の境界面）を再現し、そこに精 液を射出し 、精子と 異型生殖 細胞の挙動を観察した。その結果、精液が卵塊表面に到 達すると、 精子は卵 巣腔液中 に侵入し、すぐさま拡散するが、異型生殖細胞は卵塊表 面に堆積し 、射出後 5‑10分には境 界面に細 胞塊を形 成した。盗み放精を想定し、他 個体から採 取し個体 識別のた め螢光染色した精子を、細胞塊形成中の海水と卵巣腔液 の混合液（ 4：1）に滴 下すると、それらは細胞塊に取り込まれた。細胞塊によって取 り込まれる 精子量に 個体差は なかったが、一旦取り込まれた精子は再び細胞塊の外に 出ることは なかった 。このこ とから、異型生殖細胞は卵塊表面で形成される細胞塊の 中核となる ことで、 盗み放精 雄由来の精子が卵巣腔液の層に侵入し、卵に到達するこ とを物理的 に阻害す ることが 示された 。
このよう に、ヨコス ジカジカ における異型生殖細胞の排出は、精子形成過程で生じた奇形細 胞の処理で はなく、 精子の輸 送および父性の確保に有効なことが示された。
以上の研 究成果は、 精子の多 型性が生態学的に適応的であることを示した初の実証例として 高く評価さ れ、本論 文が博士 （水産学）の学位請求論文として相当の業績であると認 定した。

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