嗅覚仮説：サケは嗅覚によって川のニオイを嗅ぎ分けて母川に回帰する

1. 鼻栓 実験群 対照群 再放流 母川 嗅覚仮説：サケは嗅覚によって川のニオイを嗅ぎ分けて母川に回帰する 母川 • 米国ワシントン州の母川に回帰したギンザケの嗅覚を遮断すると40%が異なった支流に回帰した。 • フェロモン説：北極イワナは同種の若い個体から出るニオイに導かれる。　　　　　⇅ • サケ科魚類は母川に若い個体が全くいない場合もある。 W.J. Wisby and A.D. Hasler, J. Fish. Res. Bd. Canada. 1954; 11:472-478.

2. きゅうかくきかん サケの鼻（嗅覚器官） 前鼻孔 後鼻孔 前鼻孔 後鼻孔 • 鼻孔は左右一対、前後に二つある。 • 泳ぐことで水が効率よく流れ込み排出される。 • 嗅上皮にある嗅細胞が水に溶け込んだニオイを感じる。 • 嗅細胞は嗅上皮1mm2あたり11万個分布している（片側だけで数百万個）。 水流 嗅板 嗅上皮 嗅房 嗅房

3. ニオイ物質 Na+, Ca2+ イオン チャンネル 外界 アデニル 酸シクラ ーゼ ニオイ 受容体 線毛の細胞膜 Gタンパク 細胞内 ATP cAMP GTP GDP 電気信号 サケのニオイ受容機構 • 水中のニオイ分子が嗅細胞のニオイ受容体に結合する。 • G蛋白を介してアデニル酸シクラーゼが活性化する。 • cAMPやIP3などのセカンドメッセンジャー濃度を上昇させる。 • イオンチャネルのゲートが開き、Na+やCa2+が細胞内に流入し、インパルスを発生させる。 ニオイ受容体 線毛 電気信号 への転換 嗅細胞 信号増幅 出力 • ニオイ受容体をコードする遺伝子は、哺乳類では約1000種類見つかっているが、魚類では約100種類しか存在していない。 • 魚類の嗅覚器は、アミノ酸とその関連物質、胆汁酸、ステロイド、プロスタグランジンに反応する。

4. 低濃度の銅暴露 (回復可能な嗅覚機能障害) 低濃度の銅は、イオンチャネルをブロックして、ニオイ応答に障害をもたらす。

5. 高濃度の銅暴露（回復不可能な障害） 高濃度の銅は、細胞内小器官のタンパク質に結合し、特にミトコンドリアや小胞体に障害を与える（ＡＴＰ・タンパク質合成能を低下させる）。

6. 地球温暖化に伴う サケの分布予想図 • 二酸化炭素濃度が現在より2倍増加したときのシュミレーション • 緑が現在の分布域 • 赤が予想される分布域 Welch and Beamish, 1995

7. サケのフィールド科学 フィールドバイオサイエンス フィールドを基盤として、人間が自然と共生していくために人間環境共生系を創造する学問 生物多様性･物質循環･生態系保全･持続的生物生産 • サケの生活史は生物多様性に富んでいる • サケは陸上から海へ流出した栄養塩を陸上に還元してくれる数少ない物質循環の担い手 • サケの生存には河川・海洋の生態系保全が必須 • わが国のシロザケは栽培漁業が成功した重要な水産資源(持続的生物生産） サケが母川に帰ってきた時に 何を感じているのかを知りたい

8. 共生システム創成 • 20世紀の科学技術の進歩は、人間の生活を豊かにしたが、一方で深刻な地球環境問題を引き起こした。 • 人間が生活する生物圏での食糧生産活動と地球環境保全という背反する問題を解決するため、我々は学ばなければならない。 ①食物連鎖系と物質循環系の相互作用に対する人間活動の影響のシグナルを、遺伝子・生物多様性・栄養塩流出・温暖化ポテンシャルとして解析するためのモニタリング手法の高度化。 ②様々な人間活動に伴うシグナルを比較することにより生態系がもつ環境容量を発現させる負荷浄化機能の抽出。 ③それらの結果を高度に利用した生態系の保全と改良および持続的利用のための技術を開発するとともに、将来の人間活動のシナリオの予測。 森林圏・耕地圏・水圏の個々の生態系およびそれらが複合した流域生態系を食物連鎖系と物質循環系としてとらえる。