に形態学的スケーリングの関係を推定するためにボディサイズの実験的操作ショウジョウバエ

本実験の全体的な目的は、発達段階に合わせた餌の可用性の操作を用いて体重に大きな幅を持たせ、それに基づいて形態的形質の間のスケーリング関係を推定することである。まず、3日間にわたって同一のショウジョウバエ個体群から卵を回収し、3つの年齢コホートを作成する。最も高齢の幼虫コホートがパテ（pate）し始めた時点で、すべてのコホートの幼虫を餌から除去する。

この食事制限の結果、蛹のサイズのバリエーション範囲が拡大します。次に、すべての個体の蛹および成虫の翅の画像を撮影し、体サイズと翅サイズの形態学的スケーリング関係を推定します。最終的に、データにタイプ2線形回帰を適用することで、起こりうる体サイズの全範囲に対して翅サイズがどのようにスケールするかを示す結果が得られます。

本研究では、栄養へのアクセスを発生段階に応じて操作することで、成虫のハエにおける体サイズの変異を実験的に増大させます。これにより、体サイズの全範囲にわたる形態学的スケーリング関係を推定することが可能になります。この手法は、生物群間におけるスケーリング関係のパラメータの変異に関する直接的な根拠の特定など、形態学的スケーリングの発現と進化に関する重要な課題の解決に寄与します。

ショウジョウバエの集団を交配チャンバーに移し、その後3日間にわたって24時間ごとに卵を回収します。最終的に、解剖顕微鏡を用いて3つの年齢コホートを作成します。各コホートから50個ずつの卵を、10 millilitersの標準ショウジョウバエ培地を含むバイアルに移します。

幼虫の発育に適した温度でバイアルをインキュベートします。最年長のコホートが遊走期に達したとき、幼虫を餌から取り除くことで食事操作を行います。この時点で、最年長コホートの幼虫は閉鎖に必要な最小生存体重を十分に超えており、自然な最大体サイズに近づいています。

中間群の幼虫は最小生存重量を超えていますが、最年長群の幼虫よりも小さな成虫になります。最若群の幼虫は最小生存重量に非常に近く、そのため非常に小さな成虫になります。餌から幼虫を取り除きます。

バイアルに40%ショ糖溶液を約5 mL加え、シェーカーテーブルの中速設定で15〜20分間攪拌します。攪拌後、浮上した幼虫を細い絵筆でショ糖溶液から回収し、湿らせた綿プラグを入れたバイアルにコホートごとに移します。蛹化が起こるまで、目的の温度でインキュベートします。

蛹を腹側を上にして顕微鏡スライドに配置します。蛹を配置した後、顕微鏡に取り付けたデジタルカメラを使用して画像を撮影します。各蛹が白い背景に暗いシルエットとして写るように設定を構成してください。

イメージング後、各蛹を1 mLのフライフードを入れた個別の2 mLエピチューブに移します。蛹のサイズは、蛹のシルエットのピクセル数として推定します。解剖顕微鏡を用いて、全長や幅などの他のサイズ指標を使用することも可能です。

二酸化炭素を用いてハエを軽く麻酔し、ウインググラバーを使用して固定します。ウインググラバーとは、2枚のガラスの間に翅を挟み込み、ハエの身体に対して垂直に保持する吸引装置のことです。イメージングについて、本研究では生存したハエの翅を撮影するためにウインググラバーを使用していますが、翅やその他の形質は通常の器具で解剖して撮影することも可能です。コンピュータに接続された顕微鏡カメラを用いて翅を撮影し、ハエの性を記録します。翅の画像を撮影・保存した後、辺縁の固定ランドマークを囲む最小凸多角形を線形測定として用いるか、あるいは翅のシルエットのピクセル数を算出することで、翅の大きさを推定します。ここで提示した蛹の画像は、食事操作によるサイズ分布の極端な例を示しています。

蛹が閉鎖に必要な最小生存重量に達した後。また、瞳孔サイズの測定に用いられた対応するシルエットも示している。サイズ分布の両極端に位置する同じ個体の翼画像が、シルエットとともにここに示されている。

翼サイズ抽出のスケーリング関係を推定するために使用されます。翼サイズが体サイズにどのように比例するかを記述するパラメータを用いることで、グループ間で全体の形状がサイズに伴いどのように共変化するかを比較することが可能になります。ここでは、幼虫期に十分に給餌し、その後1日間または2日間絶食させた各性の個体のデータを示しています。

この手順の個々の工程は短時間で済みますが、全体としては労力を要する場合にあります。一般的に、卵から成体まで約3,500匹のハエを処理するのに、延べ約350人時かかります。習熟することで、個々のハエの取り扱い時間は大幅に短縮でき、また、本手順を用いて他の形態学的形質を測定することで、さらなる形態学的スケーリング関係の推定が可能です。