京大,カエルの暗所での色識別能力の由来を解明

京都大学の研究グループは,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た(ニュースリリース)。

動物の色識別については,行動レベルから分子レベルまで多様な研究が古くから行なわれてきた。色識別を行なうには,眼の中に複数の光受容細胞が含まれ,それぞれが異なる波長の光に応答する必要がある。

ヒトでは,明るい所で働く光受容細胞(錐体)が3種類あり,赤・緑・青それぞれの光をよく吸収する光受容タンパク質(錐体視物質)をその中に持つ。一方,暗がりで働く光受容細胞(桿体)は1種類しかなく,緑色をよく吸収する光受容タンパク質(ロドプシン)を持つ。そのため,ヒトは明るい所では色を識別できる(三色型色覚)ものの,暗がりでは識別できない。

このように,暗がりで色を識別できないことは,多くの脊椎動物で共通している。しかし,カエルは例外的に暗がりでも色を識別できると言われていた。カエルは,ロドプシンを含む通常の桿体(赤桿体)以外にもう一つ特別な桿体(緑桿体)を持つ。この緑桿体は青色感受性の錐体視物質を含む。この2種類の桿体を使って暗がりでも色識別をしていると考えられていた。

今回研究グループは,独自に開発した実験手法を用いることで,カエルの2種類の桿体に存在するロドプシンと青色感受性錐体視物質の性質を調べた。光が来ていない時に誤って光受容タンパク質が反応をするとこれがノイズになり,感度のよい「暗がりでの視覚」の妨げになる。そのため,ロドプシンはこのノイズ反応が極めて低く抑えられていることが知られていた。

今回の研究で,カエルの青色感受性錐体視物質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った。さらに,カエルの進化の過程で青色感受性錐体視物質のわずか一つのアミノ酸残基(N末端側から47番目)を変化させることによって,ノイズ反応を低減させたことも明らかにした。

このことからカエルは,本来は「明所での視覚」を担っていた光受容タンパク質の性質を「暗がりでの視覚」に適した性質に変化させることで,暗がりで働く2種類の桿体を持ち,「暗がりでの色覚」という特殊な視覚機能を獲得したと考えられた。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認識するよりカラーで認識する方が多くの情報を得ることができ,生存に有利である可能性があるという。

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