ゼブラフィッシュとショウジョウバエに共通する空間ナビゲーション機構を発見 (Neuroscience: Convergent Evolution of Mechanisms for Spatial Navigation)

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2026-06-22 ミュンヘン大学(LMU)

ドイツのLudwig Maximilian University of Munichを中心とする研究チームは、動物の空間ナビゲーションを支える神経メカニズムについて比較研究を行い、異なる系統の生物において類似した仕組みが独立に進化した可能性を示した。研究では、脊椎動物と昆虫など系統的に大きく離れた動物群の脳内神経回路を比較し、位置情報や移動方向を表現する神経細胞群の働きに共通点が存在することを明らかにした。これらの神経回路は、周囲の環境を認識しながら自己位置を把握し、目的地への移動を可能にする役割を担っている。研究者らは、この類似性が共通祖先から受け継がれたものではなく、複雑な空間行動という同じ課題に対して独立に進化した「収斂進化」の結果である可能性が高いと考えている。本成果は、脳が空間情報を処理する普遍的原理の理解を深めるとともに、生物学的知見を応用したロボットナビゲーションや人工知能システムの開発にも貢献する可能性がある。

<関連情報>

ゼブラフィッシュの頭部方向を計算するマルチリングシフターネットワーク A multi-ring shifter network computes head direction in zebrafish

Siyuan Mei ∙ Hagar Lavian ∙ You Kure Wu ∙ Martin Stemmler ∙ Ruben Portugues ∙ Andreas V.M. Herz
Current Biology  Published:June 22, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.05.054

Graphical abstract

ゼブラフィッシュとショウジョウバエに共通する空間ナビゲーション機構を発見 (Neuroscience: Convergent Evolution of Mechanisms for Spatial Navigation)

Highlights

  • Joint direction and velocity tuning are signatures of the internal compass mechanism
  • In zebrafish, multiple ring attractors coexist on the same anatomical scaffold
  • Neurons show V-shaped angular head velocity tuning not predicted by classical models
  • Left- and right-turn neurons have distinct positions and head-direction preferences

Summary

From insects to fish to mammals, many species have an internal compass: a set of recurrently connected neurons that combines motor feedback, vestibular signals, and external cues to compute the animal’s heading direction. Whether the underlying mechanism is universal across different species is unresolved. In Drosophila melanogaster, for instance, the central complex contains three anatomically separate neuron rings. Two rings receive countervailing velocity signals that shift neuronal activity bumps around all three rings. By contrast, a single-ring compass has been discovered in the anterior hindbrain of zebrafish, consistent with a single-ring attractor network that invokes velocity-modulated synaptic connections instead of separate shifter circuits. However, as we now show, the zebrafish’s anatomical scaffold harbors three intermingled rings, including two “hidden” shifter rings. We prove that the activity bump in all three functional rings can overlap perfectly, making the rings hard to distinguish except through the shifter neurons’ skewed tuning to rotation velocity. In addition, we find that head-direction cells in Drosophila and zebrafish exhibit V-shaped velocity tuning, a feature not predicted by classical models. Taken together, our results suggest that at least two evolutionarily distant species have converged onto the same basic three-ring compass mechanism.

細胞遺伝子工学
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