七田芳則 理学研究科名誉教授（現?立命館大学客員教授）、山下高廣 同助教、小島慧一 同研究員（現?岡山大学特任助教）、松谷優樹 同修士課程学生らの研究グループは、通常「明所での視覚」に利用されている光センサー（光受容タンパク質）の性質を変化させることによって、カエルが「暗がりでの色識別」という特殊な能力を独自に獲得したことを明らかにしました。
本研究成果は、2017年5月8日に米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）オンライン版にて発表されました。
研究者からのコメント
私たちヒトは明るい所では色を识别できるものの暗がりでは识别できません。しかし、カエルは暗がりでも色を识别していることが知られていました。本研究は、このような特殊な「暗がりでの色覚」が一体なぜカエルで获得されたのかを分子レベルから明らかにしたものです。本研究から、动物の视覚机能の多様性や、ヒトが持たない动物のユニークな能力について理解が深まると期待されます。
本研究成果のポイント
- カエルは、本来「明所での视覚」に関わる光センサー（光受容タンパク质）の性质を、わずか1アミノ酸の置换によって「暗がりでの视覚」に适した性质に変化させている。
- 「暗がりでの视覚」に适した性质を示す光受容タンパク质を复数种类もつことで、カエルは「暗がりでの色覚」という特殊な能力を获得した。
- カエルは多くが夜行性であるため、夜に色を识别できることは生存に有利に働くと考えられる。
概要
动物の色识别については、行动レベルから分子レベルまで多様な研究が古くから行われてきました。色识别を行うには、眼の中に复数の光受容细胞が含まれ、それぞれが异なる波长の光に応答する必要があります。ヒトでは、明るい所で働く光受容细胞（锥体）が3种类あり、赤?緑?青それぞれの光をよく吸収する光受容タンパク质（锥体视物质）をその中に持ちます。一方、暗がりで働く光受容细胞（桿体）は1种类しかなく、緑色をよく吸収する光受容タンパク质（ロドプシン）を持ちます。そのため、ヒトは明るい所では色を识别できる（叁色型色覚）ものの、暗がりでは识别できません。このように、暗がりで色を识别できないことは、多くの脊椎动物で共通しています。しかし、カエルは例外的に暗がりでも色を识别できると言われていました。カエルは、ロドプシンを含む通常の桿体（赤桿体）以外にもう一つ特别な桿体（緑桿体）を持ちます。この緑桿体は青色感受性の锥体视物质を含みます。この2种类の桿体を使って暗がりでも色识别をしていると考えられていました。
今回本研究グループは、独自に开発した実験手法を用いることで、カエルの2种类の桿体に存在するロドプシンと青色感受性锥体视物质の性质を调べました。光が来ていない时に误って光受容タンパク质が反応をするとこれがノイズになり、感度のよい「暗がりでの视覚」の妨げになります。そのため、ロドプシンはこのノイズ反応が极めて低く抑えられていることが知られていました。今回の研究で、カエルの青色感受性锥体视物质もロドプシンのようにノイズ反応を低く抑えていることがわかりました。さらに、カエルの进化の过程で青色感受性锥体视物质のわずか一つのアミノ酸残基（狈末端侧から47番目）を変化させることによって、ノイズ反応を低减させたことも明らかにしました。
このことからカエルは、本来は「明所での视覚」を担っていた光受容タンパク质の性质を「暗がりでの视覚」に适した性质に変化させることで、暗がりで働く2种类の桿体を持ち、「暗がりでの色覚」という特殊な视覚机能を获得したと考えられました。多くのカエルは夜行性であるため、夜に周囲をモノクロで认识するよりカラーで认识する方が多くの情报を得ることができ、生存に有利である可能性があります。
図：カエルが暗がりでの色覚を获得したメカニズムの概略図
多くの脊椎动物の眼には1种类の桿体しか存在しないが（础）、カエルの眼には通常の桿体に加えて、青色感受性锥体视物质を含む緑桿体が存在する（叠）。カエルの青色感受性锥体视物质は、ノイズの発生を抑えることで暗がりでの视覚に适した性质を获得している。多くの脊椎动物は、暗がりで色を识别できないが、カエルは、緑色と青色の光にそれぞれ応答する2种类の桿体を用いて、暗がりで色を见分けていると考えられる。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Keiichi Kojima, Yuki Matsutani, Takahiro Yamashita, Masataka Yanagawa, Yasushi Imamoto, Yumiko Yamano, Akimori Wada, Osamu Hisatomi, Kanto Nishikawa, Keisuke Sakurai, and Yoshinori Shichida (2017) Adaptation of cone pigments found in green rods for scotopic vision through a single amino acid mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 114(21), 5437–5442.
