博士（水産科学）久米学

学 位 論 文 題 名イトヨ日本海型と太平洋型における生活史特性および生殖的隔離機構
学位論文内容の要旨
イトヨGasterosteusaculeatus
は北半球の亜寒帯域に広く分布し，その生活史は遡河回遊性と淡水性に大別される（ Wootton，1984)．また，各地で幾っ ものイトヨ 番種が見出 され，さら に生殖的隔 離の程度が異なる番種が存在 す るた め ，番 種 問で の 比較 研 究 が可能 である(McKinnonand Rundle，2002)．その ため，本種 は種分化研 究を行う上 で格好の対 象動物と考 えられる．
近年 行われたア ロザイム解 析の結果， 本邦産イトヨには，高度に遺伝的分 化した日本 海型と太平 洋型が存在 し，両型の 間に生殖的隔離が存在するこ とが示され た(Higuchi andGoto，1996)， しかし，日本産イトヨに関す
る 野 外生態 学的研究は 少なく，特 に日本海型 の生活史特 性や2型 問の生殖的 隔 離機 構 の進 化 にっ い ての 知 見 は乏し い現状にあ る．そこで 本研究では ，イトヨ日 本海型と太 平洋型の生 活史特性に 関する野外生態調査，および 配偶者選択 に関する水 槽実験を行 い，それら の結果に基づいて，両型の生 息 環境 と 生活 史 特性 を 比較 し ， 2型 の生活史進 化プロセス ，および2型
間 に 働 く 生 殖 的 隔 離 ， 特 に 交 配 前隔 離の 要 因に っ いて 考 察し た．
イトヨ2型が同所的に生息する北海道東部の厚岸湖・別寒辺牛川水系で，幾っかの繁殖形質の季節的変化から2型の繁殖期を推定した，その結果，日本海型 の繁殖期は 5月下旬 から7月 下旬，太平 洋型のそれは5月上旬から7月下旬

と推定された．このことから，両型間では時間的隔離は十分に機能していないと考えられる．また，同一水系の2型間で幾っかの繁殖形質を比較した．その結果，太平洋型の方が日本海型より少数の大きな卵を産むという大卵少産の傾向が認められた．また，環境が不安定な河口域で繁殖する日本海型は波などの影響で壊れる可能性が高い巣作りにはあまルエネルギー投資しないのに対し，安定した環境の淡水域で繁殖する太平洋型は受精卵の生残性を高めるのに役立
つ強固な巣の形成に必要な粘液物質生産により多くエネルギーを投資するという繁殖戦術を持っことが示唆された．
厚岸湖・別寒辺牛川水系で，イトヨ2型の遡河回遊性個体群を対象に産卵遡上調査を行った．その結果，日本海型は4月下旬から5月下旬に1‑4回のピークを伴って遡上し汽水域に留まるのに対し，太平洋型は5月に1‑2回のピークを伴い淡水域まで遡上するというように，両型は時・空間的に遡上パタンを異することが示された．
また，厚岸湖・別寒辺牛川水系と茶路川水系で，2型の繁殖期に河川内分布調査を行った，その結果，前者では，日本海型は主に汽水域，太平洋型は主に淡水域で繁殖するのに対し，後者では，日本海型は汽水・淡水域，太平洋型は淡水域で繁殖することが示された．このような水系問での繁殖場所利用パタンの相違は，2型の塩分濃度選好性，河川内の個体数組成，種間・種内競争の結果を反映していると考えられる．以上のことから，北海道東部では2型が繁殖場所を分割利用していることが示された．一方，両水系の一部流域では2型の繁殖場所に重複が認められた．従って，繁殖場所利用の種間差に基づく場所的隔離はイトヨ2型の交配前隔離の一部として機能しているが，それは不完全なものと考えられる．
厚岸湖・別寒辺牛川水系で採集されたイトヨ2型を雌雄2個体ずつ用いて雌雄選択実験を行った，その結果，日本海型雌と太平洋型雄の間では雄が雌よりも 体サイズ が大きい 場合，雄 のアプロー チ行動を 雌が受け 入れない ため，交 配が 成立しに くいこと が示され た．また， この組み 合わせで は雌が雄 よりも大 型
で ある 1例 で 異型 間 交 配が 認 め られた． 一方，太 平洋型雌 と日本海 型雄の間 では 日本海型 雄固有の 求愛行動 であるラテ ラルディ スプレイ を太平洋 型雌が受 け
入 れ な い た め ， 交 配 が成 立 しな い こ とが 示 され ち 以 上の こ とか ら ， イト ヨ 2型 では体サ イズと求 愛行動が 性的隔離の 要因の一 部として 機能して いるが， それは不 完全なも のと考え られる．
さ ら に 本 実 験 の 結果 ， 19試 行 中7試行 (76ベア 中 8ベ ア ）で 配 偶成 功 が 認めら れた．そ こで配偶 成功が著 しく低かっ た原因を 明らかに するため ，営巣雄 間の 関係性と 配偶成功 の関係を 検討した． その結果 ，営巣雄 間の個体 間関係の 形成は，縄張り の形成→ 闘争行動の増加→接触行動の減少と求愛行動の増加→攻撃 行動の減 少とい う過程を 経るため， 営巣雄間 の関係性 が形成さ れると配 偶成功し やすいこ とが示唆 された．
． 北海 道 西 部の 4つ の 海水 タ イ ドプール で，日本 海型個体 群の生態 特性を調 査し，さ らに耳石 のSr:Ca比解析 からこれ らの個体の 回遊履歴を推定した．野外調査 の結果， 2001‑2003年の5‑7月に 各タイド プールで日 本海型の 営巣雄， 成熟雌
お よ び 稚 魚 が 観 察 ・ 採集 さ れ， ま た 2001年と 2003年 には そ れ ぞれ 1ベ ア の産卵 が観察さ れた．こ れらのこ とから，北 海道西部 の日本海 型個体群 の一部は ，成 熟成魚と 次世代の 降海前の 稚魚は高塩 分環境下 で生息で きる適応 能を持ち ，海 水タイド プールで 経年的に 繁殖・生育 すること が示され た，また ，2003年に採 集さ れ た 個体 の Sr:Ca比 はい ず れも耳石の 核から縁 辺部まで 比較的高 い値を示 した．こ のことは ，海水タ イドプール で採集さ れた日本 海型はそ の生活史 を通して 高塩分環 境下で生 活してい たことを示 唆する．
北 海道東部 の琵琶瀬 川水系の タイドプー ルで，日 本海型稚 魚の個体 数変動と降 海条 件 に 関す る 野外 調 査 を行 っ た． そ の 結果 ， 2000年， 2001年 および2005
年 の6‑8月 に タイ ド プー ル 内 で採 集された 稚魚の体 長組成は いずれも 標準体長―1233ー30.0 mm以下の個体で構成され，2000年と2001年の9月上旬にはタイドプール内から消失し，降海した．また，2005年の7月中旬から下旬には降海個体が採集され，その標準体長の範囲は18.0￣29．9mmであった．以上のことから，北海
道東部では，日本海型は標準体長18．0‐30．Ommに成長する7月中旬から8月下旬に降海することが示唆された，
以上の結果から，イトヨ日本海型と太平洋型の生活史進化プロセスは次のように考えられる．約200万年前に日本海型祖先集団が日本海湖に隔離された期間に，その淡水適応能が低下した．そして，日本海湖の塩分濃度が低下した際に，日本海型祖先集団は繁殖場所を河川から日本海湖ヘ移し，高塩分環境下で繁殖するようになったと考えられる．一方，太平洋沿岸に分布していた太平洋型の遡河回遊性個体群は高い淡水適応能を獲得し，主に淡水域で繁殖していたと考えられる．従って，イトヨ2型の繁殖場所利用の分割や降海生態の差異は，淡水適応能の差異を基盤として生じたと考えられる．以上のことから，その生活史は日本海型では海水依存的に進化し，一方，太平洋型では淡水依存的に進化したと推察される，また，このような塩分濃度に対する依存性の差異を基盤と し て ， 両 型 は 異 な る 繁 殖 戦術 を 進 化 さ せた と 推 察 さ れる ．
そして，イトヨ2型の同所的生息地における生殖的隔離機構に関しては，繁殖場所の違いに基づく場所的隔離，および体サイズと求愛行動に基づく性的隔離が複合的に作用することによって，2型の交配前隔離の一部として機能していると考えられる．一方，2型の繁殖期が広く重複することから，時間的隔離はイトヨ2型間では十分に機能してい栓いと考えられる，

学位論文審査の要旨
主 査 教 授 後 藤晃俊
副 査 教 授 荒 井都克 彰
副 査 教 授 五 木 靖 治
副 査 教 授嶋 聖

学 位論文 題名イトヨ日本海型と太平洋型における生活史特性および生殖的隔離機構
近年における人間活動の進展に伴う急激な環境改変・悪化、および侵略的外来種の侵入などにより、世界的規模で動植物の生物多様性が減少している。特に、人間活動と密接に関係する河川、湖沼などの淡水系に生息する魚類では、その生息場所の急速な消失・縮小や生息環境の急激な変化に適応することが困難なため、それらの種多様性は著しく減少している状況にある。そのため、淡水魚の生息環境を改善・復元し、また淡水生態系を健全に保全すると共に、それらの種多様性を創出するためのメカニズムである種分化機構や生殖的隔離の進化に関する研究の進展が望まれている。
トゲウオ科イトヨ属のイトヨ種群（Gasteroste
us a
cule
atusspeciescomplex)
は北半球の亜寒帯域に広く分布する小型淡水魚であり、その生活史パターンは遡河回遊性と淡水性に大別される。また、世界各地で固有の番種(
siblingspecies)が幾っも存在することから、本種群は生殖的隔離機構や種分化に関する研究を行う上で、メダカやゼブラフイッシュと共にモデル脊椎動物として位置づけられている。近年、日本列島周辺において、高度に遺伝的分化を遂げ、同所的生息場所でも生殖的隔離が認められるイトヨ日本海型と太平洋型の存在が明らかにされた。しかし、日本に生息するイトヨを対象とした野外生態的研究は少なく、特に日本海型に関しては生活史や繁殖生態についての知見は極めて乏しい現状にある。本研究では、イトヨ日本海型と太平洋型を対象に、その生活史特性に関する野外生態的調査を行い、またこれら2型の配偶者選択実験を行うことによって、2型の生活史バターンの相違、生活史進化プ口セス、および2型間に働く生殖‑1235―

的隔離機構 、特に交配前隔離機構について考察し、以下の評価すべき成果を得た。
1）イ トヨ 2型 が同 所的 に 生息 する 厚岸 湖一 別寒 辺牛 川水 系に おい て、雌雄個体の婚姻色 の季節変
化 に 基 づ ぃ て 、 そ れ ら の繁 殖期 が日 本海 型で は 5
月 下旬 から 7月下 旬ま で、 また 太平 洋型 では
5月 上 旬 か ら 7月 下 旬 で あ る と 推 定 さ れ た 。 こ の 結 果か ら、 2型間 では 時間 的隔 離は 十分 に機能 して いな いと 推察 さ れた 。
2）イ トヨ 2型 間で 一腹 卵 数、 卵サ イズ 、腎 臓重 量比 など の繁 殖形 質を比較した結果、日 本海型は小 卵多 産で 、巣 の形 成 に必 要な 腎臓 粘液 物質 産生 にエ ネル ギー を少し投資する繁殖戦 略を、一方 、太 平洋 型は 大卵 少 産で 、腎 臓粘 液物 質産 生に エネ ルギ ーを 多く投資する繁殖戦略 を有してい るこ とが 示さ れた 。
3）北 海道 西部 の海 水夕 イド プー ルに おけ る繁殖生態調査によって、日本海型の営巣雄、 成熟雌、お よび それ らか ら産 出 され た稚 魚の 存在 が確 認さ れ、 また 耳石 のSr
ニCa
比解析に基づ いて繁殖
個 体が 高い 塩分 濃度 の 環境 で生 息し てい たこ とが 示さ れた 。こ れらの結果から、日本 海型の一部 の個 体群 は、 海水 環 境で 生活 し、 また 繁殖 する こと が明 らか となった。このことは 、世界的に 初め ての 研究 成果 で ある こと に加 え、 日本 海型 は太 平洋 型と 比較して、より海水環 境に適応す る方 向で 生活 史多 様 性を 進化 させ たこ とを 示唆 する 。
4）繁 殖期 にお いて 、2型 に関 する 繁殖 場所 の利 用パ ター ンを 調査 した結果、日本海型は 主に汽水湖 であ る厚 岸湖 沿岸 域 で繁 殖す るの に対 し、 太平 洋型 は主 に別 寒辺牛川の下流域から 中流域で繁 殖す るこ とが 明ら か にな った 。こ の結 果か ら、 繁殖 場所 利用 にお ける 種間 差 が2型の 交配 前
隔 離の 一部 とし て機 能 して いる と推 察さ れた 。
5）実 験条 件下 にお いて 、2型 の雌 雄成 熟個 体を 2個 体 ずっ 用い て配 偶者 選択 実験 を行 った 。そ の結 果、 日本 海型 雌と 太 平洋 型雄 間で は雄 が雌 より 大型 であ る場 合には、雄のアプロー チ行動を雌 が受 け入 れな いこ と によ って 交配 が成 立し ない こと が示 され た。また、太平洋型雌 と日本海型 雄間 では 日本 海型 雄 に固 有の 求愛 行動 であ るラ テラ ルデ ィス プレイを太平洋型雌が 受け入れな いた めに 交配 が成 立 しな いこ とが 示さ れた 。こ れら の結 果か ら、 イト ヨ2型 間で は体 サイ ズと 求愛 行動 の種 間差 が その 性的 隔離 （交 配前 隔離 ）に おけ る重 要な要因であることが 示唆された。
申 請者 によ る以 上の 成 果は 、イ トヨ 日本 海型 と太 平洋 型の 生活 史多 様性 の進 化 、お よび 2型聞の交 配前 隔離 機構 の解 明 に大 きく 寄与 する とと もに 、魚 類に おけ る種多様性の創出機構 の究明に― 1236―

資するものであるとして、審査員一同は申請者が博士（水産科学）の学位を授与される資格のあるものと判定した。