安井 行雄

領域 名 環境生態機能学

教員氏名 安井 行雄

研究分野 進化生態学

研究キーワード:進化,適応,性選択,配偶行動

最近の研究課題

1.生物の適応進化を解明する

 生物はそれぞれの生息環境に適応した性質を持っている。生物の個体群には遺伝的な変異があり、生息環境に適した形質をコードする遺伝子は世代を経るごとに集団中に増えていく。これがチャールズ・ダーウィンによって提唱された自然選択である。安井研究室では昆虫をはじめとする小型の節足動物を材料として、生物の適応戦略を解き明かすことを目指している。昆虫の色や形は彼らの生存繁殖の上でどのような機能を持つのかその美しさの秘密を探るとともに、世界の昆虫の多様性や里山の環境問題にも関心を持っている。

2.雌の多回交尾の進化に関する研究

 大きくて栄養豊富な卵に比べて精子は小さくほとんど栄養を含まないので大量に生産することができる。そのため雄は精子数に余裕があり、多くの雌と交尾すればするほど子供の数(適応度)を増やすことができるが、雌は多数の雄と交尾しても子供の父親が入れ替わるだけで子供の数自体を増やすことはできない。このことから雄は無差別に多くの雌と交尾するように、一方雌は少数の高品質の雄を選んで大事に子供を育てるように進化していると考えられる。しかし多くの動物ではこの予測に反して、雌は複数の雄と交尾(多回交尾)をしている。雌の多回交尾の進化の探究は単に動物の適応戦略の解明にとどまらない。ヒトの男女にも国籍や民族によらずこのような基本的な性質があるので、それは文化や宗教によって後天的に形成されたものではなく人間になる以前の動物の段階で生じ受け継がれたものだと考えることができる。雌の多回交尾は人間性の起源にもせまる大きな謎として世界の研究者を魅了してきた。Yasui (1997)が提唱したGood sperm仮説(雌が多回交尾を通じて雄間の精子競争を誘発し、競争能力の高い優秀な遺伝子を子供に受け継がせる)とYasui and Garcia-Gonzalez (2016)により再構築された多回交尾bet-hedging仮説(複数の雄と交尾することで雄原因の交尾失敗や不妊のリスクを分散する)は、雌の多回交尾の進化を説明する基礎理論として世界に知られている。

 安井研究室ではフタホシコオロギなどの昆虫を用いてこの問題を研究している。雌が多回交尾したときにどの雄が受精するかを視覚的に判定できる白眼突然変異系統(黒眼野生型系統に対して潜性遺伝)を利用して、これらの仮説を検証中である。2019年度の課題研究に基づくYasui and Yamamoto (2021)は日本動物行動学会誌Journal of Ethology Editor’s Choice 2021に選定された。紹介動画をご覧ください。卒論でもこのレベルの研究ができます。

3.進化的bet-hedging理論の研究

 生物は予測できない変動環境で生きている。例えば一年生植物は翌年の生育環境、暑い夏になるかそれとも冷夏か、を知らずに種子を生産しなければならないし、種子も雨が降るかどうか遅霜が下りないかどうかを知らずに発芽しなければならない。蝶はその葉が明日牛に食われるかどうか知ることなく産卵しなければならない。このような不確実な状況では、リスクを回避または分散するbet-hedging(両賭け)戦略は長期的な持続可能性を達成する上で有効である(長期存続の基礎理論でありSDGsとも深く関連する)。例えば猛暑と冷夏の中間温度に適した子供を産んで、どちらの環境になっても(最適ではないが)そこそこやっていけるようにする「保守的な両賭け」戦略や寄主植物の異なる株に分散して産卵することでどれかは食われてもどれかは生き残らせる「多様化した両賭け」戦略などが進化する。私は雌の多回交尾研究の過程でbet-hedging理論に出合い、長年この理論に取り組むうちに交尾以外の生活史戦略へと興味を拡大した結果、ついに生物学の根幹原理に到達した。難解な数式を使わずに概念を再構築したライフワーク論文1および全訳1をお読みください。結論は、全ての生物はbet-hedgingを行っており、それゆえbet-hedgingは生物学における普遍万有の法則であるというものである。生命の根本原理を私と一緒に考えてみませんか。

4.有性生殖の進化理論

 全ての高等生物は雄と雌の間で有性生殖(異型配偶子生殖anisogamy)を行う。なぜ性が必要なのかそして性別はなぜ雄と雌の2つだけなのか。(こんな根源的なことを考えたことがありますか。当たり前のように見えることに疑問を持つ者が科学を進展させるのです。)異型配偶子生殖は減数分裂を経るため子供にゲノムを半分しか伝えられず、子供の半数は自ら子を産まない雄になるため、無性生殖(産雌性単為生殖thelytoky)に比べて半分の増殖率しか持たない。この「性の2倍のコスト」にもかかわらず有性生殖が多数派を占めていることは進化生物学最大の謎とされる。古代ギリシアの哲人アリストテレス(BC280頃)も『動物発生論』のなかで性別の存在意義について論じておりこれは人類永遠のテーマである。20世紀以降John Maynard-Smith, William D. Hamilton等数々の天才たちがこの「性の2倍のコスト」問題に挑んだが説明は不十分である。無性生殖は遺伝的多様性が乏しいため環境変動、特に病原体や寄生者に対抗できずに滅ぶ(「赤の女王」仮説)というのが現在の定説だが、コストは世代あたり2倍なので10世代後には個体数1024倍の差となり、無性集団が長期的に滅びる運命にあるとしても、その前に有性集団は短期的競争に負けて絶滅することになる(すなわち「赤の女王」でも遅すぎるのである)。私はもう一つのライフワークとして長年この問題を考究し、ついに答えを出した。研究は二編の論文にまとめられ、無性生殖から同型配偶子生殖isogamyへの進化(最初の有性個体はどうやって配偶者を得たのか)、同型配偶子生殖から異型配偶子生殖への進化(接合子を栄養不足で死なせることなく、なぜ雄が配偶子サイズを減らすことが可能だったのか)を扱った第一論文(論文2および全訳2をお読みください)は世界を驚かせJournal of Ethology Editor’s Choice Award 2022(論文賞)を受賞および同誌の歴代最多ダウンロード数を達成したばかりでなくSpringer-Nature社の“Research Highlights 2022 – Evolutionary Biology”に選定された。同社の、Natureを筆頭とする学術雑誌は数百に上り、その年に公表された進化生物学の論文は1万編を超える中で最もインパクトのある論文9編中に入った。10世代で1024倍有利な無性生殖の侵入を有性生殖がいかに食い止めることができたかを扱う第二論文を世に出すべく現在奮闘中です。香川にいても世界トップレベルで戦うことができる。雄と雌、すなわち男と女の存在理由について私と一緒に考えてみませんか。

代表的な研究業績

Yasui, Y. 1997. A “good-sperm” model can explain the evolution of costly multiple mating by females.  The American

   Naturalist 149: 573-584. http://www.jstor.org/stable/2463384?seq=1#page_scan_tab_contents

Yasui, Y. 1998. The ‘genetic benefits’ of female multiple mating reconsidered. Trends in Ecology and Evolution 13:

   246-250. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169534798013834

Yasui, Y. 2001. Female multiple mating as a genetic bet-hedging strategy when mate choice criteria are unreliable.

   Ecological Research 16: 605-616. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1440-1703.2001.00423.x/full

Garcia-Gonzalez, F., Yasui, Y. and Evans, J. P. 2015. Mating portfolios: bet-hedging, sexual selection and female

   multiple mating. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences. vol.282

   http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2014.1525

Yasui, Y. and Garcia-Gonzalez, F. 2016. Bet-hedging as a mechanism for the evolution of polyandry, revisited.

   Evolution 70: 385-397. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/evo.12847/abstract

Yasui, Y. and Yoshimura, J. 2018. Bet-hedging against male-caused reproductive failures may explain ubiquitous cuckoldry

   in female birds. Journal of Theoretical Biology, 437: 214-221, https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2017.10.029.

Yasui, Y. and Yamamoto, Y. 2021. An empirical test of bet-hedging polyandry hypothesis in the field cricket Gryllus

   bimaculatus. Journal of Ethology 39: 329-342. https://doi.org/10.1007/s10164-021-00707-0

   同誌のEditor’s Choice 2021に選定され紹介動画が作られました。

Yasui, Y. 2022. Life-history traits of the fairy shrimp Branchinella kugenumaensis are highly variable between

    neighboring rice paddies in Japan. Ecological Research. 37: 344-354. https://doi.org/10.1111/1440-1703.12296

Yasui, Y. 2022. Evolutionary bet-hedging reconsidered: What is the mean–variance trade-off of fitness?

   Ecological Research, 37: 406-420.https://doi.org/10.1111/1440-1703.12303

Yasui, Y. and Hasegawa, E. 2022. The origination events of gametic sexual reproduction and anisogamy.

   Journal of Ethology. 40: 273-284. https://doi.org/10.1007/s10164-022-00760-3

   同誌のEditor’s Choice Award 2022(論文賞)を受賞(紹介動画も作られる予定)。

   Springer-Nature 2022 Research Highlights – Evolutionary Biologyに選定。https://www.ag.kagawa-u.ac.jp/?p=31001

Yasui, Y. 2023. Mite dilemma: molting to acquire sexual maturity or not molting to ensure durability

   and dispersal ability in Phorytocarpais fimetorum (Parasitiformes; Gamasida; Parasitidae).

   Journal of Ethology. 41:177–184. https://doi.org/10.1007/s10164-023-00783-4

   同誌のEditor’s Choice 2023に選定(紹介動画も作られる予定)。

Research Area:  Environmental Science

Research Specialization:  Evolutionary Ecology

Name:    YASUI, Yukio 

Keywords: evolution, adaptation, sexual selection, mating behavior

Recent Researches

1. Adaptive significance of insect characters

Organisms have evolved many adaptive characters to fit their environments. Genetic variation exists in any characters in species population and the genes coding adaptive characters will increase in frequency in the population through generations. This is natural selection, the evolutionary process advanced by Charles Darwin (1859). In Yasui Laboratory, we study adaptive strategies of insects and other arthropods. In particular, we are exploring adaptive significance and evolutionary function of insect coloration. Why are butterflies so beautiful? – It cannot be easily explained unlike bird ornaments because female butterflies do not choose mates based on male ornaments. We are also interested in the conservation of world insect faunas and biodiversity of Japanese “Satoyama” environments.

2. The evolution of female multiple mating or polyandry

In general, male fitness is mainly limited by the number of mates, whereas female fitness is fundamentally limited by the number of ova. Thus, sexual selection theory predicts that males tend to mate promiscuously and females should choose only one mate and invest in a limited number of offspring. However, the females of many animal species mate with more than one male in a reproductive season (polyandry). The evolution of polyandry is one of the largest

enigmas not only in animal behavior but also in regard to the origin of human nature.

We are testing several hypotheses to explain polyandry such as “good sperm” process, genetic incompatibility or bet-hedging (risk-spreading) using crickets (white eye and black eye strains).

Publications

Yasui, Y. 1997. A “good-sperm” model can explain the evolution of costly multiple mating by females.  The American

  Naturalist 149: 573-584. http://www.jstor.org/stable/2463384?seq=1#page_scan_tab_contents

Yasui, Y. 1998. The ‘genetic benefits’ of female multiple mating reconsidered. Trends in Ecology and Evolution 13:

  246-250. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169534798013834

Yasui, Y. 2001. Female multiple mating as a genetic bet-hedging strategy when mate choice criteria are unreliable.

  Ecological Research 16: 605-616. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1440-1703.2001.00423.x/full

Garcia-Gonzalez, F., Yasui, Y. and Evans, J. P. 2015. Mating portfolios: bet-hedging, sexual selection and female

  multiple mating. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences. vol.282

   http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2014.1525

Yasui, Y. and Garcia-Gonzalez, F. 2016. Bet-hedging as a mechanism for the evolution of polyandry, revisited.

  Evolution 70: 385-397. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/evo.12847/abstract

Yasui, Y. and Yoshimura, J. 2018. Bet-hedging against male-caused reproductive failures may explain ubiquitous cuckoldry

   in female birds. Journal of Theoretical Biology, 437: 214-221, https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2017.10.029.

Yasui, Y. and Yamamoto, Y. 2021. An empirical test of bet-hedging polyandry hypothesis in the field cricket Gryllus

   bimaculatus. Journal of Ethology 39: 329-342. https://doi.org/10.1007/s10164-021-00707-0

   同誌のEditor’s Choice 2021に選定され紹介動画が作られました。

Yasui, Y. 2022. Life-history traits of the fairy shrimp Branchinella kugenumaensis are highly variable between

    neighboring rice paddies in Japan. Ecological Research. 37: 344-354. https://doi.org/10.1111/1440-1703.12296

Yasui, Y. 2022. Evolutionary bet-hedging reconsidered: What is the mean–variance trade-off of fitness?

   Ecological Research, 37: 406-420.https://doi.org/10.1111/1440-1703.12303

Yasui, Y. and Hasegawa, E. 2022. The origination events of gametic sexual reproduction and anisogamy.

   Journal of Ethology. 40: 273-284. https://doi.org/10.1007/s10164-022-00760-3

   同誌のEditor’s Choice Award 2022(論文賞)を受賞(紹介動画も作られる予定)。

   Springer-Nature 2022 Research Highlights – Evolutionary Biologyに選定。https://www.ag.kagawa-u.ac.jp/?p=31001

Yasui, Y. 2023. Mite dilemma: molting to acquire sexual maturity or not molting to ensure durability

   and dispersal abilityin Phorytocarpais fimetorum (Parasitiformes; Gamasida; Parasitidae).

    Journal of Ethology. 41:177–184. https://doi.org/10.1007/s10164-023-00783-4

   同誌のEditor’s Choice 2023に選定(紹介動画も作られる予定)。

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