2013年3月19日
曽田教授
曽田貞滋 理学研究科教授、山本哲史 同研究員（現地球環境学堂研究員）、吉村仁 静岡大学教授、Chris Simon 米国コネチカット大学教授らの研究グループは、このたび北米の周期ゼミの进化史を解明しました。周期ゼミは13年または17年を土の中で幼虫として过ごし、13年または17年に一度、一斉に成虫が発生する特异なセミです。一斉に発生するセミには叁つの系统（种群）の种が含まれますが、どのようにして3系统のそれぞれが二つの周期に分化してきたのか分かっていませんでした。
本研究成果は3月18日（米国东部时间）に米国科学アカデミー纪要の电子版に掲载されました。
背景
米国东部に生息する周期ゼミ（Magicicada属）は13年または17年の幼虫期をへて成虫になり、最も1世代に要する时间が长い昆虫です。一つの场所には一つの年级群（ブルードとよぶ）しか生息せず、13年または17年に一度だけ一斉に大量の成虫が现れます。惊くべきことに同时に発生するセミの中には、デシム（顿别肠颈尘）、カッシニ（颁补蝉蝉颈苍颈）、デキュラ（顿别肠耻濒补）と呼ばれる叁つの异なる系统（种群）のセミが含まれています。言い换えると、3种群のそれぞれが13年と17年の周期を持つ集団を含み、また13年と17年おきの発生年は、种群をまたいで同调しています。周期ゼミの持つ、长い生活史、素数年周期、1カ所1ブルードだけの周期的な一斉発生、3种群の同调性という特异な性质の进化を説明するために、さまざまな仮説が提唱されてきました。例えば、长い幼虫期については、氷河期の低温环境に适応したためという説があります。周期的な一斉大量発生の进化要因としては、捕食回避（捕食者の饱食による）と、过疎効果の回避（密度が低すぎて交配相手が见つからないような状况を一斉発生により避ける）が提唱されています。また、素数の周期は、周期的な同时発生のサイクルを维持するうえで、他の周期と交雑しにくいために都合がよかったと考えられています。こうした仮説が提唱される一方で、周期ゼミの种やブルードの间の系统関係はまだ详しく调べられておらず、より现実的な进化仮説の构筑や検証のために、详细な分子系统解析が必要とされていました。
周期ゼミ（カッシニ）の成虫
研究手法?成果
&苍产蝉辫; 研究グループは、1978～2008年の30年间に収集した周期ゼミの全种全ブルードの成虫サンプルから顿狈础を抽出し、ミトコンドリアと核の遗伝子の変异を调べて、种?ブルードの系统関係、种の分岐年代、ブルードの系统地理的関係、集団遗伝学的特徴を解析しました。その结果、次のような系统分化の歴史が明らかになりました（図?左参照）。现在の3种群の共通祖先から、约390万年前にデシム种群の祖先が分かれ、残りの系统が250万年前にカッシニ种群とデキュラ种群の祖先に分かれました。デシム种群は50万年前に南と北の系统に分かれ、このうち南の系统が现在の13年ゼミ（トレデシム）となりました。3种群はいずれも米国东部の西、中、东の系统グループに分かれ、类似した系统地理构造を示します（図?右参照）。また、50万年前に分岐したトレデシム以外の13年、17年ゼミは、最终氷河期最盛期（26,500～19,000年前）以降にそれぞれの种群の中で分化しました。しかし、その分化の仕方は种群ごとに少しずつ异なっていました。デシム种群では西の系统で13年と17年が新たに分化、カッシニ种群では西（南を含む）の系统で13年と17年が分化、デキュラ种群では西?中?东のいずれの系统でも13年と17年が分化しました。3种群の个体数は最终氷期の间着しく减少していましたが、デシム种群とカッシニ种群は地球が温暖化した1万年前以降、急速に个体数を増加させたと推定されました。一方、デキュラ种群では着しい増加は起こりませんでした。现在、この种群は他の2种群に比べ稀な存在です。地理的な系统群の中の同じ発生周期（13年または17年）を持つブルードは、発生年がずれるために互いに交配できません。それにも関わらず、同じ地理的系统群の中の同周期のブルードほとんど遗伝的に分化していませんでした。このことから、现在のブルードの违いはごく最近生じたものと推测されます。
図：核?ミトコンドリア遗伝子に基づく周期ゼミの分子系统树（左）。各种群におけるミトコンドリア系统の地理的分布（右）。（笔狈础厂论文から简略図を作成）
今后の予定
今回の结果から示唆されるように、13年と17年の生活史の分化は、それぞれの种群の中で独立に繰り返し起こってきたと考えられます。しかし、まったく同じ二つの素数周期の生活史が3回も独立に进化することは考えにくいため、3种群が分かれる前の祖先において、二つの生活史を制御する遗伝的な基盘が进化していたものと考えられます。また、17年から13年といった生活史の変化は、先に存在していた13年ゼミの大きな集団に、分布を接した17年ゼミの小さな集団が同调するというような形で起こってきたと考えられます（大きな集団ほど捕食回避ができるため）。今后はこの研究を足がかりに、周期ゼミの长い素数年の生活史がどのように决定?制御されているのかを、遗伝子、ゲノムのレベルで解明する研究が进められる予定です。
本研究は、主に、京都大学グローバル颁翱贰プログラム「生物の多様性と进化研究のための拠点形成－ゲノムから生态系まで」、科学研究费补助金基盘研究础「周期ゼミの进化史とそのメカニズム」の援助によって行われました。
书誌情报
[DOI]
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Independent divergence of 13- and 17-y life cycles among three periodical cicada lineages
Teiji Sota, Satoshi Yamamoto, John R. Cooley, Kathy B.R. Hill, Chris Simon, and Jin Yoshimura
Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA
用语解説
周期ゼミの分类
形态、鸣き声、周期をもとに3种群7种に分けられている。种群は、同じ属の中の极めて近縁な种のグループ。
- 【デシム种群】13年：トレデシム（M. tredecim）、ネオトレデシム（M. neotredecim）、17年：セプテンデシム（M. septendecim）
- 【カッシニ种群】13年：トレデカッシニ（M. tredecassini）、17年：カッシニ（M. cassini）
- 【デキュラ种群】13年：トレデキュラ（M. tredecula）、17年：セプテンデキュラ（M. septendecula）
ブルード（产谤辞辞诲）
13年または17年おきに同時に発生する周期ゼミのグループ（年級群）。1893年を起点にして、17年ゼミはブルードI、 II、 III、…、XVII、13年ゼミはブルードXVIII、 XIX、 XX、…、XXXというローマ数字の番号が振り当てられている。理論的にはIからXXXまでの30のブルードが存在しうるが、現存するのは17年ゼミが12ブルード、13年ゼミが3ブルードだけ。2013年の発生ブルードは、17年ゼミがII、13年ゼミがXXIであるが、XXIは存在しない。
- 朝日新聞（4月25日 19面）、京都新聞（3月19日 25面）、産経新聞（3月20日 24面）、日本経済新聞（3月19日 46面）および毎日新聞（3月19日 29面）に掲載されました。