動物の行動

モデル生物としてのショウジョウバエ

一般的なショウジョウバエ、Drosophila melanogasterは、生物学で広く使用されているモデル生物ですが、果物を愛する害虫としてより一般的に認識されているかもしれません。D. melanogasterを優れた実験生物にしている理由は複数あります:約2週間の世代時間で複数の世代を研究することができ、非常に小さなチューブで簡単に維持でき、その性的二型性により、研究者は後部に向かって黒い色を持つオスと腹部に縞模様のメスを簡単に区別できます。

トーマス・ハント・モーガンと彼の学生は、20^世紀初頭にショウジョウバエを最初に利用した人々の一人でした。1933年、モーガンは、突然変異型のショウジョウバエの観察に基づいて、遺伝における染色体の役割の発見によりノーベル賞を受賞しました。モーガンは、放射線で新しい突然変異体を生成することにより、彼の研究を続けました。ハエの出現に個別の影響を与える複数の突然変異体の存在により、彼は多因子遺伝のパターンを見ることができました。彼の初期の研究の重要な側面は、遺伝子が互いに独立して分離するというメンデルの第二法則の明らかな違反の発見でした。モーガンの観察は、遺伝子が同じ染色体上で結合されている場合、遺伝子は独立して分離しないことを示しました。さらに、染色体上の遺伝子の相対的な位置を特定することが可能になったのは、それらが組み換えられる頻度を分析することにより、遺伝子の位置と遺伝子間の距離を特定するための遺伝子マッピング研究の引き金となりました。その結果、モーガンの研究室の仲間は、ショウジョウバエの遺伝学に関する他の研究に対して、さらに2つのノーベル賞を受賞しました。モーガンの成功とショウジョウバエに関する蓄積された情報は、他の人々が彼らを実験生物として採用するきっかけとなり、それが私たちの知識を増やし、モデル生物としての価値を徐々に高めました。他の科学者は多くの突然変異を開発しました。現在、27,000を超えるユニークなショウジョウバエ系統がショウジョウバエストックセンターでストックカルチャーとして維持されており、行動¹を含む生物学のさまざまな側面を研究するためのツールとしてそれらを使用する研究室がすぐに利用できます。

ショウジョウバエ動物行動学

動物行動学、または動物行動学は、動物が互いに、そして彼らの環境とどのように相互作用するかの研究です。動物行動学は比較的若い生物学分野ですが、生物の生存は、可能な配偶者、食料源、および自然の障害物に関してどのように振る舞うかに依存するため、重要な意味を持っています。これらの生物を研究することは、科学者がこれらの行動の文脈と、それらがどのように進化したかについての根本的なメカニズムを理解するのに役立ちます。したがって、動物の行動の研究の目標は、個人または個人のグループが示す行動の遺伝的基盤を見つけることです。例えば、ウィリアム・ハミルトンが最初に提唱した親族選択は、見知らぬ人ではなく家族のために犠牲を払うとき、個人が利他的に行動することを示唆している²。これは、近縁の個体は血縁関係のない個体よりも多くの遺伝子を共有しており、その親戚による将来の生殖が、自分自身の適応度や生殖の成功に何らかの形で貢献するためです。したがって、ショウジョウバエのような生物が環境とどのように相互作用するかを観察することで、これらの行動がどのように固定されているかを理解することができます。さらに、これらの行動は、これらの生物が環境に対処し、生き残るためにどのように適応してきたかについての洞察を提供します。

指向性行動は、生物がその環境中をどのように、そしてなぜ移動するのかの基礎を理解するために一般的に研究されています。キネシスとタクシーは、方向動作の 2 つの形式です。キネシスには、追い払われたときのハエのランダムな動きなど、刺激によって誘発されるランダムな方向への動きが含まれます。一方、タクシーは、蛾が電球に向かって飛んでいくなど、特定の方向への刺激による動きを伴います。タクシーの行動は、動物が刺激に向かって移動する場合はプラスになり、動物が刺激から離れるとマイナスになります。さらに、タクシーの行動は、それらを誘発する特定の刺激に基づいて命名されます。たとえば、ジオタクシスは重力に対する応答であり、ポジティブジオタクシスは生物が重力とともに移動することを意味します。走光性は、光に反応して移動する運動であり、例えば蛾の正の走光性が電球に向かっています。同様に、走化性は、スカンクスプレーの匂いに反応して、人間を含む多くの捕食者の否定的な走化性など、空気中の化学的手がかりに引きつけられたり、回避されたりすることです。さらに、科学者によって研究されている税金には他にもたくさんあり、エアロタクシス、バロタキシス、ハイドロタックス、マグネオタクシスなど、それぞれ酸素、圧力、水、磁場に反応する動きです。

ショウジョウバエの行動に関する研究

ショウジョウバエのタクシーの行動を研究する一般的で簡単な方法は、重力、光、化学物質などの特定の刺激に対するハエの方向性反応を観察できる選択チャンバーを使用することです。ショウジョウバエは、選択チャンバーの中央に挿入され、その後、反対側に代替刺激を提示できるように設計されたチャンバー内を自由に歩き回ることができます。一定期間の放浪の後、ハエの数は選択チャンバーの両側で数えられます。次に、チャンバーの両側のハエの数をカイ二乗検定で分析し、刺激に対する好みがあるかどうかを測定します。

突然変異型ショウジョウバエと野生型ショウジョウバエの方向性行動を比較することで、研究者はその特定の行動における変異遺伝子の役割を判断できます。さらに、科学者たちは、動物が相反する刺激を含む刺激の組み合わせの存在下で何をすべきかをどのように決定するかを理解しようとしています³。これらの研究を組み合わせることで、生物が特定の刺激や環境要因の変化にどのように反応するかを予測するのに役立ちます。

参照

1. クックKR、パークスAL、ジェイコバスLM、カウフマンTC、マシューズK。ブルーミントンショウジョウバエストックセンターの新しい研究リソース。飛ぶ。 2010年、第4巻、1:88-91。
2. WD、ハミルトン。主に社会性昆虫における利他主義および関連現象。アン・レヴ・エコル・システマティックス。 1972年、第3巻、193-202。
3. Gepner R、Skanata MM、Bernat NM、Kaplow M、Gershow M.ショウジョウバエのフォトタクシー、臭気タクシー、および多感覚統合の基礎となる計算。eライフ。 2015年、第4巻、e06229。

フルーツボウルをしばらく放置して、ショウジョウバエの集落を発見するために戻ったことがありますか?しかし、そもそもなぜショウジョウバエは熟した果実に引き寄せられるのでしょうか?言い換えれば、彼らにどこに行くべきかを指示する刺激は何ですか?この分析は、動物の行動を研究する動物行動学と呼ばれるより広い分野の一部です。

刺激は、2種類の動物の動きを引き起こす可能性があります。Kinesis(無指向性またはランダム)、またはTaxis(指向性)です。キネシスの例としては、追い払われたときにハエがランダムな方向に動くことが含まれます。逆に、タクシーの例としては、ハエが熟した果実に向かって方向付けられた動きがあります。この特定のタイプのタクシーは走化性と呼ばれ、覚醒剤である食物に向かっているため、さらに正の走化性として定義されます。ネガティブ走化性の例としては、ハエが虫除け剤から離れることが挙げられます。タクシーのもう一つの一般的なタイプは、光の刺激に対する動きの反応である走光性です。蛾は、光源に向かって移動するときに正の走光性を示しています。それどころか、ライトが点灯すると小走りになるゴキブリは、ネガティブな感光性を持っています。ジオタクシスは、重力軸とも呼ばれ、重力に反応して動く運動です。重力の方向に移動することを正のジオタクシスと呼び、反対方向に移動することを負のジオタクシスと呼んでいます。タクシーには他にも、エアロタクシス、バロタキシス、ハイドロタクシス、マグネトタキシスなど、酸素、圧力、水、磁場に反応して移動するタクシーなど、さまざまな種類があります。

では、なぜ科学者はこのような動物の行動を研究するのでしょうか?目標の1つは、種内の個人またはグループが示す行動の遺伝的基盤を見つけることかもしれません。時には、行動が単一の遺伝子の特定の突然変異にまでさかのぼることさえあります。より広いスケールで、遺伝学と行動特性がどのように関連しているかを理解することは、私たち自身を含む動物界全体の行動をよりよく理解するのにも役立ちます。

このラボでは、ショウジョウバエDrosophila melanogasterのジオタクティクス、フォトタクティクス、走化性反応を、選択チャンバーを使用して評価します。