◆はじめに

　毎年春になると花が咲き乱れ、生命の躍動を感じます。動物たちの世界においても、鶯のさえずり、ツバメの飛来などに代表されるように、さえずり、渡り、繁殖などの営みが毎年正確に繰り返されています。これらの動物の行動については紀元前300年代の哲学者アリストテレスの著書「動物誌」Historia Animaliumにも詳しく記述されていますが、アリストテレス以来、2,000年以上経った現在も、生き物がいかに季節を感知し、四季の変化に適応しているかは明らかにされていません。私たちはこの長年の謎に取り組んでいます。

◆もう少し詳しく

　今日先進国では一年を通して様々な食材を入手することが可能であり、季節の影響は小さくなっていますが、自然界では季節によって手に入る食料が異なります。したがって動物たちが子孫を残していくためには、食料が多く、条件の良い時期を選ぶことが不可欠です。しかし多くの食料を手にしてから繁殖活動を開始するようでは手遅れなのです。なぜなら鳥類や小さな哺乳動物は、なわばりを張り、異性をひきつけ、交尾行動を行い産卵あるいは出産するという一連の作業を完結するのに数ヶ月要するため、子孫が生まれるころには食料が少なくなっているからです。一方、妊娠期間が約半年のヤギやヒツジたちは秋に交尾行動を行い、春に出産を行います。いずれの場合においても食料が豊富で温暖な春に子孫が産まれるように季節を予知して行動するように遺伝的にプログラムされているのです。

　私たちを取り巻く環境は日々変化していますが、多くの生物は日の長さ（光周期）をカレンダーとして利用しています。気温や降水量も季節によって変動しますが、年によって暖冬、冷夏、空梅雨など、ばらつきがあり、信頼性が高い情報とはいえません。それに比べ、春分、夏至、秋分、冬至は毎年決まった時期に訪れるように、光周期は極めて精度の高い情報を提供しており、生物が日長をカレンダーとして利用しているのは理に適っています。このように光周期の変化に応じて生物の生理機能が変化する性質は光周性(photoperiodism)と呼ばれています。

　生命の神秘を解き明かそうとするとき、地球上の多種多様な生物の中から、最適なモデルを選ぶことが重要です。例えば、ショウジョウバエやマウスなどのモデル生物は生物学の発展に多大な貢献をしてきましたが、季節の変化には全く反応できないため、私たちの研究には適当ではありません。一方、鳥類は空を飛ぶために可能な限り身体を軽くしており、生殖器も必要な時期だけ発達させるのです。特に雄では日長が長くなると精巣重量が2週間で100倍以上も大きくなります。日長の変化に対してこれほど急速かつ劇的に反応する生物は他には知られておらず、鳥類、とりわけウズラは光周性研究の最適なモデル生物といえます。我が農学部では鳥類の研究が伝統的に盛んなので、私たちはこの地の利を生かして、ウズラが日長の変化に反応して繁殖を開始する際に鍵となる仕組みを解明することに成功しました。また、さらにその仕組みがハムスターやヤギなどの哺乳類にも共通していることも明らかにしています。

日長で変化するウズラの精巣

◆何の役に立つの？

　私たちは普段何気なく卵を食べていますが、本来ニワトリやウズラは秋から冬は卵を産まないため、人工照明によって卵の生産率をあげているのです。近い将来食糧危機が訪れるといわれています。繁殖活動の制御は食糧生産に直結していることから、動物たちが季節を読み取る仕組みの全容を解明できれば、地球上の様々な地域で季節に関係なく、私たちの食料となる家畜、家禽を増産できると期待されます。本研究を通して生物学の発展と食料生産の向上に貢献したいと考えています。

Selected Publication

Nakane Y, Ikegami K, Ono H, Yamamoto N, Yoshida S, Hirunagi K, Ebihara S, Kubo Y, Yoshimura T.
A mammalian neural tissue opsin (Opsin 5) is a deep brain photoreceptor in birds.
Proc Natl Acad Sci USA 107, 15264-15268 (2010)
SCIENCE (Aug 20, 2010) Editor's Choice
プレスリリース

Tomida S, Mamiya T, Sakamaki H, Miura M, Aosaki T, Masuda M, Niwa M, Kameyama T, Kobayashi J, Iwaki Y, Imai S, Ishikawa A, Abe K, Yoshimura T, Nabeshima T, Ebihara S.
Identification of Usp46, encoding a ubiquitin specific peptidase, as a quantitative trait gene regulating mouse immobile behavior in the tail suspension test and forced swimming test.
Nature Genetics 41, 688-695 (2009)

Yasuo S, Yoshimura T, Ebihara S, Korf HW.
Melatonin transmits photoperiodic signals through the MT1 melatonin receptor.
Journal of Neuroscience 29, 2885-2889 (2009)

Ono H, Hoshino Y, Yasuo S, Watanabe M, Nakane Y, Murai A, Ebihara S, Korf HW, Yoshimura T.
Involvement of thyrotropin in photoperiodic signal transduction in mice.
Proc Natl Acad Sci USA 105, 18238-18242 (2008)
プレスリリース

Nakao N, Ono H, Yamamura T, Anraku T, Takagi T, Higashi K, Yasuo S, Katou Y, Kageyama S, Uno Y, Kasukawa T, Iigo M, Sharp PJ, Iwasawa A, Suzuki Y, Sugano S, Niimi T, Mizutani M, Namikawa T, Ebihara S, Ueda HR, Yoshimura T.

Thyrotrophin in the pars tuberalis triggers photoperiodic response.

Nature 452, 317-322 (2008)
News & Views
Faculty of 1000 Biology "Exceptional"
プレスリリース

Nakao N, Yasuo S, Nishimura A, Yamamura T, Watanabe T, Anraku T, Okano T, Fukada Y, Sharp PJ, Ebihara S, Yoshimura T.

Circadian clock gene regulation of steroidogenic acute regulatory protein gene expression in preovulatory ovarian follicles.

Endocrinology 148, 3031-3038 (2007)
News and Views
Faculty of 1000 Biology "Must Read"

Takagi T, Yamamura T, Anraku T, Yasuo S, Nakao N, Watanabe M, Iigo M, Ebihara S, Yoshimura T.

Involvement of transforming growth factor a in the photoperiodic regulation of reproduction in birds.

Endocrinology 148, 2788-2793 (2007)

Nakao N, Takagi T, Iigo M, Tsukamoto T, Yasuo S, Masuda T, Yanagisawa T, Ebihara S, Yoshimura T.

Possible involvement of organic anion transporting polypeptide 1c1 in the photoperiodic response of gonads in birds.

Endocrinology 147, 1067-1073 (2006)
News and Views

Yasuo S, Nakao N, Ohkura S, Iigo M, Hagiwara S, Goto A, Ando H, Yamamura T, Watanabe M, Watanabe T, Oda SI, Maeda KI, Lincoln G, Okamura H, Ebihara S, Yoshimura T.

Long day suppressed expression of type 2 deiodinase gene in the mediobasal hypothalamus of the Saanen goat, a short day breeder: Implication for seasonal window of thyroid hormone action on reproductive neuroendocrine axis.

Endocrinology 147, 432-440 (2006)

Yasuo S, Watanabe M, Nakao N, Takagi T, Follett BK, Ebihara S, Yoshimura T.

The reciprocal switching of two thyroid hormone activating and inactivating enzyme genes is involved in the photoperiodic gonadal response of Japanese quail.

Endocrinology 146, 2551-2554 (2005)

Watanabe M, Yasuo S, Watanabe T, Yamamura T, Nakao N, Ebihara S, Yoshimura T.

Photoperiodic regulation of type 2 deiodinase gene in Djungarian hamster: possible homologies between avian and mammalian photoperiodic regulation of reproduction.

Endocrinology 145, 1546-1549 (2004)

Yasuo S, Watanabe M, Tsukada A, Takagi T, Iigo M, Shimada K, Ebihara S, Yoshimura T.

Photoinducible phase-specific light induction of Cry1 gene in the pars tuberalis of Japanese quail.

Endocrinology 145, 1612-1616 (2004)

Yamamura T, Hirunagi K, Ebihara S, Yoshimura T.

Seasonal morphological changes in the neuro-glial interaction between gonadotropin-releasing hormone nerve terminals and glial endfeet in Japanese quail.

Endocrinology 145, 4264-4267 (2004)

Yoshimura T, Yasuo S, Watanabe M, Iigo M, Yamamura T, Hirunagi K, Ebihara S.

Light-induced hormone conversion of T4 to T3 regulates photoperiodic response of gonads in birds.

Nature 426, 178-181 (2003)

Yasuo S, Watanabe M, Okabayashi N, Ebihara S, Yoshimura T.

Circadian clock genes and photoperiodism: Comprehensive analysis of clock gene expression in the mediobasal hypothalamus, the suprachiasmatic nucleus, and the pineal gland of Japanese quail under various light schedules.

Endocrinology 144, 3742-3748 (2003)
News and Views

Yoshimura T, Yasuo S, Suzuki Y, Makino E, Yokota Y, Ebihara S.

Identification of the suprachiasmatic nucleus in birds.

Am J Physiol 280, R1185-R1189 (2001)

Yoshimura T, Suzuki Y, Makino E, Suzuki T, Kuroiwa A, Matsuda Y, Namikawa T, Ebihara S.

Molecular analysis of avian circadian clock genes.

Mol Brain Res 78, 207-215 (2000)

Yoshimura T, Ebihara S.

Spectral sensitivity of photoreceptors mediating phase-shifts of circadian rhythms in retinally degenerate CBA/J (rd/rd) and normal CBA/N (+/+) mice.

J Comp Physiol A 178, 797-802 (1996)