ハクジラは咀嚼を反響定位に代えて進化した

イルカや他のハクジラ類（ハクジラ目）は、濁った海洋世界でのコミュニケーション、航行、狩りに役立つ音を頭を使って作り出します。時には稚魚の鳴き声のようなこの音は、生存に不可欠な濁った海洋世界に関する情報を明らかにします。新たな遺伝子分析によると、ハクジラのエコーロケーションを可能にする脂肪組織の集まりは、頭蓋骨の筋肉と骨髄から進化した可能性があり、このことがこれらの動物の食事や周囲の世界の感知方法を変えたとのことです。この研究結果は、2024年4月発行のGene誌に掲載された研究で説明されています。

ハクジラ類には、シャチ、マッコウクジラ、シロイルカ、イッカクなど多くのイルカ類が含まれます。エコーロケーションは、頭の中にあるメロンと呼ばれる球根状の脂肪組織の塊によって発生します。

イルカやハクジラの顎骨の横には、音を出す顎外脂肪体 (EMFB) のグループがあります。顎骨の内側には、顎内脂肪体 (IMFB) と呼ばれる別の音響脂肪沈着物があります。メロン、顎外脂肪体、顎内脂肪体の進化は、これらの海洋哺乳類のエコーロケーションの発達に不可欠でした。しかし、これらの脂肪組織自体が遺伝的にどのように発生したかについてはほとんどわかっていません。

「ハクジラ類は著しい退化と水中生活への適応を遂げてきた」と、研究の共著者で北海道大学の博士課程学生である竹内颯氏は声明で述べた。

こうした適応の 1 つは、エコーロケーションの獲得と並行して嗅覚と味覚が部分的に失われたことである。この適応とその他の適応を遺伝子レベルで詳しく調べるため、北海道大学の研究チームは、これらの音響脂肪体で発現する遺伝子の DNA 配列を研究した。研究チームは、ネズミイルカ ( Phocoena phocoena ) とカマイルカ ( Lagenorhynchus obliquidens ) の遺伝子発現を測定した。

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研究者らは、通常筋肉の機能と発達に関連する遺伝子が、顎骨の外側にあるメロンとEMFBで活性化していることを発見した。また、この脂肪と咬筋と呼ばれる筋肉の間に進化上のつながりがあることを示す証拠もあった。人間の場合、咬筋は下顎骨と頬骨を繋いでおり、咀嚼に使われる重要な筋肉の1つである。

「この研究は、咀嚼筋をEMFBと進化的にトレードオフしたこと、つまり聴覚と摂食生態の間でトレードオフしたことが、ハクジラ類の水生適応において極めて重要だったことを明らかにした」と、研究の共著者でゲノム科学者、進化生物学者の早川隆氏は声明で述べた。「これは、咀嚼から単に食物を飲み込むことへの進化的変化の一部であり、咀嚼筋はもはや必要なくなったことを意味している」

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研究チームが顎骨の内側にある下顎内脂肪の遺伝子発現を分析したところ、免疫反応のいくつかの要素と、感染と闘う白血球群であるT細胞の制御に関連する活性遺伝子を発見した。研究チームは、これがT細胞の生成を助ける骨髄に近いためだと考えており、さらなる研究が必要だという。

研究チームはまた、この研究のもう一つの重要な要素として、座礁ネットワーク北海道の功績を挙げた。この研究で使用されたサンプルは、この団体が収集したものである。この団体は、北海道の海岸や河口で座礁したクジラの標本を収集してきた。座礁した海洋哺乳類の検死は、座礁や死亡の潜在的な原因だけでなく、解剖学、生理学、進化についてもさらに詳しく知るためのサンプル採取と研究にとって非常に重要であった。