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動物繁殖学 - 岐阜大学
応⽤動物科学コース 動物繁殖学研究室 動物繁殖学 動物園との絶滅危惧動物の繁殖研究、そして保全へ 動物繁殖学研究室の⽬標は 絶滅危惧動物の保全！ ①動物園･⽔族館と共同研究します！ 環境悪化により，地球上の野⽣⽣物の多くが 絶滅の危機にさらされています。1年間に約 1000種もの⽣物が絶滅に追いやられていると いわれています。動物園・⽔族館は，今や野⽣ 動物の保全センターとして重要な存在です。私 たちは，全国の動物園・⽔族館と連携して研究 を⾏っています。 教授 ⼟井 守 １．研究対象の動物 准教授 楠⽥ 哲⼠ （写真は研究対象のごく⼀部です） 保全すべきあらゆる野⽣動物が対象です。動物園･⽔族館 の陸上哺乳類が中⼼ですが，海⽣哺乳類（鯨類･鰭脚類）， ⿃類，爬⾍類（主にカメ類）も研究対象です。 ②私たちは「繁殖学」の研究室です！ 絶滅の危機に瀕した様々な希少野⽣動物を保 全するため，繁殖⽣理や性判別に関する研究を ⾏い，繁殖計画に役⽴てています。私たちは内 分泌学の⼿法を軸に，⾏動学や分⼦遺伝学の⼿ 法を取り⼊れて研究しています。 ③私たちはウンコ研究室です！ 糞や尿を使った⽅法でホルモンやDNAを分析 し，繁殖⽣理や性判別に関する研究を⾏ってい ます。特に｢糞｣は，動物にストレスや危険を与 えることなく採取できるため，野⽣動物研究で は重要な⼿法です。この研究分野に本格的に挑 戦しているのは，⽇本では珍しいようです。 ④淡⽔⽣物の保護増殖を進めます！ 淡⽔⽣物園を管理し，岐⾩のニホンイシガメ とカスミサンショウウオの保護増殖に取り組ん でいます。⾼校・⽔族館・市役所と連携してい ます。（淡⽔⽣物園のポスター参照） ■ 研究・教育で連携する動物飼育施設 （過去に連携していた施設も含みます） ２．連携する全国の動物飼育施設 ⽇本各地の動物園･⽔族館，野⽣動物保護センター， 希少⿃類の繁殖場，関連分野の⼤学などと共同研究や 教育連携を進めています。 例えば，近隣の名古屋市東⼭動物園とは，希少種の繁 殖⽣理に関する共同研究を，名古屋港⽔族館とは，学 術交流協定を結んで鯨類やカメ類の繁殖研究を⾏って います。 全国の動物園⽔族館を統括する⽇本動物園⽔族館協会 （種別計画推進会議）と協⼒して，ホッキョクグマ， ユーラシアカワウソ，ツシマヤマネコ，ライチョウ， キリン，ゾウなどの繁殖研究を進めています。 飼育下での蓄積データを元に，野⽣のツシマヤマネコ （⻑崎県対⾺市）やニホンライチョウ（乗鞍岳）の繁 殖⽣態調査にも取り組んでいます。 ３．求める学⽣ / 進路 動物が好き，動物園が好き，野⽣動物の保全・繁殖に 強い関⼼と熱意のある⼈を求めています。学外から⼤ 学院⽣も多く受け⼊れています。 動物園・⽔族館の就職は極めて狭き⾨ですが，夢を叶 えた先輩もいます。 ・多摩動物公園野⽣⽣物保全センター（研究担当） ・静岡市⽴⽇本平動物園（2名） ・盛岡市動物公園 ・⼩諸市動物園 ・⻄海国⽴公園 九⼗九島動植物園 ・名古屋港⽔族館（シャチ担当） ・京急油壺マリンパーク（海獣担当） など ＜⽇本動物園⽔族館協会 ⽣物多様性委員会＞ ・ゾウ会議 ・ミナミシロサイ計画推進会議 ・キリン計画推進会議 ・チーター計画推進会議 ・ホッキョクグマ計画推進会議 ・ツシマヤマネコ計画推進会議 ・ユーラシアカワウソ計画推進会議 ・ライチョウ域外保全PT会議 ＜近畿＞ 京都市動物園 アドベンチャーワールド みさき公園⾃然動物園 ⼤阪市天王寺動物園 五⽉⼭動物園 神⼾市⽴王⼦動物園 淡路ファームパーク 姫路セントラルパーク 姫路市⽴動物園 海遊館 城崎マリンワールド 神⼾市⽴須磨海浜⽔族園 姫路市⽴⽔族館 ＜ 北海道・東北 ＞ 旭川市旭⼭動物園 札幌市円⼭動物園 釧路市動物園 秋⽥市⼤森⼭動物園 盛岡市動物公園 仙台市⼋⽊⼭動物公園 男⿅⽔族館 動物園動物の 繁殖研究の拠点へ ＜ 九州・沖縄 ＞ 到津の森公園 グリーンパークひびき動物ワールド 福岡市動物園 ⼤牟⽥市動物園 ⻄海国⽴公園九⼗九島動植物園 九州⾃然動物公園 熊本市動植物園 宮崎市フェニックス⾃然動物園 ⿅児島市平川動物公園 環境省・奄美野⽣⽣物保護センター 環境省・対⾺野⽣⽣物保護センター 沖縄美ら海⽔族館 ＜ 中国・四国 ＞ 池⽥動物園 広島市安佐動物公園 福⼭市⽴動物園 周南市徳⼭動物園 秋吉台サファリランド とくしま動物園 愛媛県⽴とべ動物園 ⾼知県⽴のいち動物公園 ＜関東＞ 群⾺サファリパーク 埼⽟県こども動物⾃然公園 千葉市動物公園 市原ぞうの国 東京都恩賜上野動物園 東京都多摩動物公園 東京都井の頭⾃然⽂化園 横浜市⽴野⽑⼭動物園 横浜市⽴⾦沢動物園 横浜市⽴よこはま動物園ズーラシア 横浜市繁殖センター 甲府市遊⻲公園附属動物園 東京都葛⻄臨海⽔族園 サンシャイン⽔族館 横浜⼋景島シーパラダイス ⽇本スネークセンター ＜中部＞ 富⼭市ファミリーパーク 富⼠サファリパーク 静岡市⽴⽇本平動物園 浜松市動物園 豊橋総合動植物公園 名古屋市東⼭動物園 名古屋港⽔族館 南知多ビーチランド ⿃⽻⽔族館 ⼆⾒シーパラダイス 太地町⽴くじらの博物館 世界淡⽔⿂園⽔族館アクア・トトぎふ フリーバード株式会社 ロロス・バードファーム 詳しくは， 動物繁殖学研究室HP，応⽤動物科学コースHPをチェック！ 動物繁殖学研究室 検索 応⽤動物科学コース ⿃類におけるPCR法による性判別 ♂ 動物繁殖学研究室 これまでの判別種とPCRプライマーのまとめ PCR性判別法 飼育⿃類の性別の把握は，飼育・繁殖に必須 科名 ・希少種の繁殖計画のための正確なペア形成のため ・幼⿃の飼育管理⽅針の策定のため インコ科 オオキボウシインコ 電気泳動 ♀ Ｚ染⾊体 電気泳動 Ｗ染⾊体 ♀ ♂ PCR または ○ ⼗分な鋳型DNA が得られる ○ 採取が容易 ○ 個体へのストレスが少ない ⽋点 × 採取が難しい （採⾎・保定） × 得られるDNA量が少ない × 微⽣物分解の影響 侵襲性 ⾼ ○ 1 P2/P8＊ ○ P2/P8 ○ 12 7 USP1/3，INT-F/R またはP2/P8 ○ ○ 4 コンゴウインコ 6 1 USP1/3，INT-F/R またはP2/P8 ○ ミドリコンゴウインコ 1 USP1/3，INT-F/R＊ ○ コガネメキシコインコ 2 P2/P8＊ シロハラインコ 1 P2/P8 ワシミミズク 5 USP1/NRD4，CPE15-F/R ○ フクロウ 5 USP1/NRD4，CPE15-F/R ○ ○ ○ メンフクロウ科 メンフクロウ 1 P2/P8 コウノトリ科 シュバシコウ 2 AWS05/NRD4，SINT-F/R＊ イワトビペンギン ハト科 利点 P2/P8＊ 6 8 2 4 6 マゼランペンギン 糞 ○ 2 ルリコンゴウインコ フンボルトペンギン ⽻軸根 ○ P2/P8＊ フクロウ科 ペンギン科 卵殻膜 P2/P8 3 USP1/3，INT-F/R またはP2/P8 ケープペンギン ⾎液 7 オウム科 雌雄で異なる 遺伝⼦領域 ●DNAを得るための材料と利点・⽋点 判別 可否 4 1 ベニコンゴウインコ Ｚ染⾊体 PCR 4 キビタイボウシインコ プライマーセット 糞 卵殻膜 ⽻軸根 フジイロボウシインコ ・Polymerase Chain Reaction（PCR）法により、 特定の領域（雄と雌で違う領域）のみ増やすことができる 微量のDNAから判別が可能 ・動物園やコンパニオンバード業界で実⽤化されている ♂ 胚 アオボウシインコ ・性的単形の種が多い ・幼⿃時は性的単形（成⿃が性的⼆形でも） DNAによる性判別 ⾎液 キエリボウシインコ ⿃類の性判別は難しい 外観による性判別 サンプル種ごとの調査個体数 種名 マナヅル カモ科 インドガン ○ ○ AWS03/USP3，CPE15-F/R ○ 1 アカガシラカラスバト ツル科 P2/P8 AWS03/USP3，CPE15-F/R 2 6 6 キジ科 スバールバルライチョウ ダチョウ科 ダチョウ ヒクイドリ科 エミュー P2/P8 ○ USP1/3，INT-F/R ？ AWS03/USP3，CPE15-F/R ○ AWS03/USP3，INT-F/R＊ ○ 5 1 4 ＊は先⾏研究が⾒当たらず，近縁種の報告を基にプライマーの選択を⾏った。 ・キエリボウシインコ，フジイロボウシインコ，オオキボウシインコ → アオボウシインコ ・シュバシコウ→ ニホンコウノトリ ・インドガン → サカツラガン P2/P8＊ ？ 8 K7/W1 ○ 4 K7/W1 ○ ・ミドリコンゴウインコ → ベニコンゴウインコ ・スバールバルライチョウ → ヨーロッパオオライチョウ ［プライマー選択のための参考⽂献］ 海⽼原充，榊⽥星史，泉 徳和．2008. PCRを⽤いた⾛⿃類雌雄鑑別法の確⽴．⽯川県⽴⼤学年報：⽣産・環境・⾷品：バイオテクノロジーを基礎として19：23-30. Griffiths R, Double MC, Orr K, Dawson RJG. 1998. A DNA test to sex most birds. Molecular Ecology 7: 1071-1075. Miyaki CY, Griffiths R, Orr K, Nahum LA, Pereira SL, Wajntal A. 1998. Sex identification of parrots, toucans, and curassows by PCR: Perspectives for wild and captive population studies. Zoo Biology 17: 415-423. ⼩川裕⼦．PCR法を⽤いた⿃類の早期性判別．東京動物園協会多摩動物公園提供資料（2008年5⽉18⽇提供）． Roulin A, Ducrest AL, Dijkstea C. 1999. Effect of brood size manipulations on parents and offspring in the barn owl Tyto alba. ARDEA 87(1): 91-100. 安永千秋，豊坂加奈，辻本恒徳，斎藤靖史，⼤澤健司，三宅陽⼀．2006．動物園⿃類および野⽣⿃類におけるPCR法による雌雄判別法の検討．⽇本野⽣動物医学会誌 11(1): 43-48. 低 Zhang P, Han J, Liu Q, Zhang J, Zhang X. 2012. Sex identificstion of four penguin species using locus-specific PCR. Zoo Biology32: 257-261 . 性判別結果の例 ダチョウ エミュー （K7/W1） インドガン （K7/W1） 500 400 300 200 100 bp ♀ ♀ ♂ ♂ 雌 ② ？ ③ ？ ④ ？ ⑤ ？ ⑤ ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 イワトビペンギン （P2/P8） 雌 ⑤ 雌 ⑥ 雌 ⑦ ♀？ 雌 ⑧ 糞 糞 糞 糞 糞 糞 ♀ ネガティブ コントロール 雄 ④ 糞 ♀ 雄 ③ 糞 ♂ 雄 ② 識別番号 雄 ① 雌 ⑦ 結果 既知の性別 材料 ♀ 雄 ⑥ ネガティブコントロール ♂ 雄 ⑤ 雌 ④ 雌 ⑦ ♀ 雄 ⑥ 雄 ③ ♀ 雄 ⑤ ♂ ♂ 雌 ④ 雌 ② ♂ 雄 ③ 雄 ① ♀ 雌 ② ♂？ ♂ 雄 ① マーカー ♀ 糞を材料とした性判別 糞 糞 糞 糞 糞 糞 糞 ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 増幅産物が得られないものや性判別結果が 既知の性別と⼀致しないものがあった。 • 微⽣物活動の影響を受けやすいため鋳型DNA量が少ない • 尿酸の混⼊によるDNA抽出の阻害 が原因として考えられる。 ネガティブコントロール ♀ ⽻軸根 ⽻軸根 雄 ① ⽻軸根 ♂ ？ ③ ⽻軸根 マーカー ？ ③ 結果 既知の性別 識別番号 材料 ♂ 雌 ② ネガティブコントロール ♀ ⽻軸根 ♂ 雄 ① マーカー ♂ 結果 既知の性別 識別番号 材料 ⾎液 マーカー ？ ⑥ ネガティブコントロール ♂ ⾎液 ⾎液 ⾎液 ⾎液 ？ ⑤ ？ ③ ⾎液 ？ ④ 雌 ② ♀ ♂ 雄 ① ♂ ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 ⾎液 ⽻軸根 ⽻軸根 ⽻軸根 ⾎液 ⾎液 ⾎液 ⾎液 ⾎液 ⾎液 結果 既知の性別 識別番号 材料 ？ ⑦ ネガティブコントロール ♂ ？ ⑤ ？ ⑥ ♀ ？ ④ 雄 ③ 雌 ② 雄 ① マーカー ♂ ♂ ♂ ネガティブコントロール 雄 ⑥ 雌 ⑤ ？ ④ ？ ③ 雄 ② 雌 ① マーカー 結果 既知の性別 識別番号 材料 ♂ 200 ♀ 100 キビタイボウシ インコ 100bp （P2/P8） 500 400 300 アオボウシ インコ 100bp ベニコンゴウインコ 200 bp ♂ ♀ ♂ ♀ ♂ ♀ 結果 既知の性別 識別番号 材料 bp ♂ ♀ ⾎液 ♂ ⾎液 結果 既知の性別 識別番号 材料 ？ ④ ネガティブコントロール ？ ③ ⾎液 ♂ 雌 ② ⽻軸根 ♀ ⽻軸根 ⾎液 ？ ④ 雄 ① ♂ ？ ③ ⽻軸根 ♂ ♂ 雌 ② ⽻軸根 マーカー ♀ 雄 ① ネガティブコントロール ♂ マーカー 結果 既知の性別 識別番号 材料 卵殻膜 ⽻軸根 500 400 300 100 200 200 （P2/P8） 200 500 400 300 bp アオボウシインコ・キビタイボウシインコ 500 400 300 （USP1/NRD4，CPE15-F/R） 500 400 300 100 100bp ？ ③ ？ ④ ⽻軸根 ♀ ♀ ？ ③ ⽻軸根 マーカー ♀ 雄 ② ネガティブコントロール ♂ ⽻軸根 材料 雌 ① マーカー 既知の性別 識別番号 ♀ 結果 フンボルトペンギン （AWS03/USP3，CPE15-F/R） ワシミミズク （AWS03/USP3，CPE15-F/R） 500 400 300 200 500 400 300 200 マナヅル （AWS03/USP3，INT-F/R） 応用動物科学コース 学外機関との連携 東山動物園との 共同研究 １年間に約1000種の野生生物が絶滅に追いやられているといわ れています。動物園は，いまや野生動物の保全センターとして重 要な存在です。岐阜大学と東山動物園は， 絶滅危惧動物の保全に むけて，2000年から繁殖に関する研究を，2008年から行動学 の手法を取り入れ，また2010年からは環境エンリッチメントや 動物の遺伝的多様性に関する研究を行っています。 ■ 絶滅危惧動物の繁殖を成功させるために （動物繁殖学研究室） 繁殖研究の目的 繁殖研究の方法 動物の性成熟や排卵周期，発情，妊娠などの繁殖生理は， 体内の性ホルモン濃度を定期的に測定すれば正確に調べる ことができます。特に動物園では，飼育動物の繁殖生理を 知っておくことが，その飼育や繁殖のために重要です。 動物園動物や野生動物を研究するためには，動物にも人間 にも安全でストレスのない研究方法の開発が必要です。東 山動物園と岐阜大学は，糞を使って動物の性ホルモンを測 定できないかを調べることにしました。 多くの動物は発情や妊娠によって，行動や採食量，体型，鳴き声 などに変化が現れます。しかし中には，外見的サインを見つけに くい種があります。例えば，野生で交尾期以外を単独で生活して いる動物は，動物園でも雌雄を別々に飼育する必要があります。 繁殖のために2頭を同居させる時は，発情や排卵のタイミングを 飼育係が見極めなければなりません。逆に，そのサインがわかり やすいとされる動物でも，それが本当に発情や妊娠を示している のかどうか，性ホルモンを調べることで裏付けられます。妊娠期 間の長いゾウ（約22ヶ月間），サイ（約16～17ヶ月間），キ リン（約15ヶ月間）などの大型草食動物では，早期に妊娠を確 定できれば，出産に備えて環境を整えたりすることもできるよう になるのです。 繁殖生理を調べるために一般的に行われているのは，血液中のホ ルモン測定です。採血の時，私たち人間なら針を刺されるときに 少し我慢をすればよいだけです。ところが，動物園の動物たちは 実験動物でも家畜でもない野生動物なので，人間の思うように動 かせるわけではなく簡単に採血ができません。まず捕まえるとこ ろから始めて，動かないように押さえ，場合によっては麻酔をか けます。動物にとっては針を刺される痛みだけではなく，様々な 負担や危険を強いられることになります。これらはストレスの原 因となり，繁殖機能に悪影響が出ることも知られています。例外 的に，ゾウやバクなどは人がさわれるように馴らしたり，トレー ニングをしたりすることができます。毎日の健康管理にも重要な 方法です。このような動物では，ほとんどストレスを与えずに， 麻酔なしで採血できるようになることもあります。しかし，その ような状態になるまでには多くの時間が必要で，採血ができるよ うになってもスタッフに対する危険はゼロではありません。とき には動物が嫌がって突然暴れだすこともあるでしょう。動物の採 血は，動物も人間も危険と隣り合わせなのです。 岐阜大学の役割は， 現在進行中の「東山動物園 再生プラン」の公式文書に も明記されています！ これまでに調査した東山動物園の動物 ◎アフリカゾウ ◎アジアゾウ ○インドサイ ○マレーバク ○アミメキリン ◎ホッキョクグマ ◎メガネグマ ◎スマトラトラ ○ペルシャヒョウ ○サーバル ○オセロット ○スナドリネコ ◎ヤブイヌ ◎ニシローランドゴリラ ○スマトラオランウータン ○キンシコウ ○コアラ ◎オオアリクイ （◎は現在も調査中） 多くの野生動物は，ほとんど繁殖生理が分かっていません。 東山動物園と岐阜大学は協力して，この課題に取り組んでいます。 お尻 頭 マレーバクをやっつ けた瞬間ではありま せん。ブラッシング されて気持ちよく寝 ている隙に，すばや く獣医さんが採血し たり，エコー検査を 行います。 ⇒ ブラッシングされて寝ている 隙に，エコー検査。 お腹の中に赤ちゃんを確認！ ■ 動物の多様性や遺伝子を追究する これまでの繁殖研究の例 動物の味覚の多様性を遺伝子から調べる （研究例１）コアラの繁殖研究 ■発情 ＋交尾 ◇出産 糞中プロジェステロン（μg/g） 糞中プロジェステロン 15 12 9 6 3 0 9 10 11 12 1 （動物遺伝学研究室） 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 （月） 2004-2006年 ■ わかったこと ■ 糞を使ったホルモン分析法によって，コアラの排卵状況を把握でき ることが初めてわかりました。合わせて行動解析を行い，コアラは， ネコと同じように交尾刺激を受けないと排卵しない交尾排卵動物で あることが判明しました。 食肉目動物では，甘味受容体の遺伝子における違いが， それぞれの種における甘味の認識能力と，密接に関係して いることが知られています。私たちは，ツキノワグマの甘 味受容体遺伝子に，独特の変異を発見しました。したがっ て，彼らは，独自の甘味認識能力を持っているかもしれま せん。私たちは，ツキノワグマやメガネグマに，水道水の みの氷と甘味料入りの氷とを与え，識別ができるかどうか を調べる実験をおこなっています。 （研究例２）アフリカゾウの繁殖研究 行動と性格関連遺伝子の関係を調べる ■ わかったこと ■ この研究では，糞中のホルモン 分析と体温測定を行い，その比 較から，アフリカゾウの体温 （舌の表面温度として測定）は， 人の基礎体温と同じように，排 卵周期に伴って変化しているこ とが初めてわかりました。 （研究例３）スマトラオランウータンの繁殖研究 18 ◎ネオ 月経血または 尿中潜血反応 （発情周期） 15 （μg/g） 糞中プロジェステロン代謝物 糞中プレグナンジオールG ■ わかったこと ■ 糞中ホルモンを調べたこの研究から， 東山動物園のオランウータンの卵巣活 動の周期性（排卵周期，発情周期）は 27.1±1.3日間であることが判明し， また，糞の分析によって，妊娠診断が できることがわかりました。 12 9 6 3 9 10 11 ◎アキ 12 1 2 3 4 2004-2005年 5 6 7 8 （月） （妊娠⇒出産⇒発情周期の再開） 妊娠中 出産 30 (μg/g) 糞中プレグナンジオールG 糞中プロジェステロン代謝物 40 発情周期の再開 20 10 0 9 10 11 12 1 2 3 4 2004-2005年 5 6 7 8 （月） ヒトやイヌなどにおいて， 「新奇性追求」や「服従性」 などと関連する遺伝子が知ら れています。ゾウにおいても， 性格関連遺伝子に関して，個 体間での違いが見つかってい ます。遺伝子での違いが性格 における個体差と関連してい るのかを調べるため，アジア ゾウの詳細な行動観察を開始しました。 絶滅危惧動物の福祉の向上にむけて 動物が野生状態で暮らしている環境と，動物園等で飼育 されている環境との間には，大きな開きがあります。この ため，飼育下の動物では，健康を害したり，繁殖がうまく いかなかったりします。動物福祉の立場から，この開きを 少なくすることを目標におこなわれるのが環境エンリッチ メントと呼ばれるものです。 チンパンジーにおいては，タワーを設置して活動空間を 広げたり，遊び道具を入れたりすること(空間的・物質的 エンリッチメント)や，単独飼育から群れ飼育にしたり， 群れメンバーの数を増やしたりすること(社会的エンリッ チメント)などがおこなわれています。 2010年8月末，東山動物園のチンパンジーでメンバー の入れ替えがおこなわれまし た。私たちは，この変化がチ ンパンジーの行動に対して与 える影響を調べました。その 結果，休息行動が減少し，行 動レパートリーが増加してい る可能性が示唆されました。 研究成果は，動物福祉の向上 のために役立てられます。