生物リズムの意義は、この問題の最も熱狂的な研究者が期待し続けてきたよりも、はるかに超えたものとなるだろう。
それは、生物時計が物質の無機的機能と生物学的機能との間の明確な絆を構成するからである。
したがって、生物リズムの本性を理解することは、生命自体の創生をより深く理解することにつながる。
（ＪＴ Fraser, The Genesis and Evolution of Time,1982)
（自然界における５つの時間、道家達将・山崎正勝監訳を改変）

準備中 　 ホーム(生命を考える)へ テーマ別入り口 生命とリズム(トップ) 前ページへ 概日リズムと環境適応 （い）細胞周期調節(概観) （ろ）概日リズムと細胞周期 講義レジュメ 細胞周期は、自発リズム(生命の基本リズム)としての細胞周期時計による位相制御を受けながら進行する。概日リズムによる細胞周期タイミングの制御はこの意味で「二次的｣なものである。環境適応の為にこそ必要な制御メカニズムなのであった。 全く同じことは、性的生物の生命サイクル時計(発生・成熟時計)についても言える。基本的枠組みは発生・成熟時計が決定し、概日リズムは単に、その事象の一日におけるの発現時刻を特定の狭い時間帯(関門)に制御するだけである。 ここでは、生命サイクル事象の概日タイミング制御を理解するうえで間違いやすい点を指摘するとともに、幾つかの事例を紹介することにします。性的生物の多様さと生命サイクル事象の数だけ、その概日タイミングも(原理的には)あるわけですが、その研究が充実しているとは言えない状態なのが残念です。 概日リズムによる関門制御 関門制御：連続量と閾値現象(全か無か) all or nothing 生命サイクル事象（e.g. 細胞分裂、Ｍ期突入、排卵（ＬＨサージとそれを誘発するＳＣＮ信号）、産卵、、、）は一回的現象 all or nothingである。概日リズムが行うことは関門を位相に応じて開閉することにあるものと思われるが、その具体的メカニズムは多くの場合、未知である。 例えば、主観的昼の前半におけるＧ２期抑制では、何らかの形でＭＰＦの自己触媒的活性化が抑制されているものと思われる。ここで、ＭＰＦ活性化を抑制する未知の抑制因子Ｘを仮定しよう。 主観的昼の前半において、抑制因子Ｘの濃度が十分に高ければ、ＭＰＦ活性化を抑制することができる。主観的昼の進行とともに徐々に（つまり、連続的に）抑制因子Ｘの濃度が低下していくが、主観的日没に近づくとある閾値Ｘ０を下回るようになる。このとき、ＭＰＦ活性化に対する抑制作用が失われるから、Ｍ期突入のための関門が開くことになる。 その後、主観的夜の経過とともに抑制因子Ｘの濃度は徐々に増加して行き、主観的夜明けには（ＭＰＦ活性化を抑制するための）閾値を上回るようになって、Ｍ期突入の関門は閉じる。 以上、仮想的な筋書きであるが、生命サイクルに対する関門制御は、その関門制御に関係する因子Ｘの濃度の連続量的な概日変化と、関門制御に対するＸの閾値現象によってもたらされている、と考えるのが最も自然であろう。 関門制御：個体現象と個体群現象 例えば、細胞分裂タイミングの概日リズムを観察する場合、細胞集団(個体群)を用いて行われます。この辺りを厳密に理解していないと誤解を招く恐れがあるので、注意が必要です。 例えば、LD:1,1条件で増殖しているユーグレナにとって細胞分裂許容時間帯は主観的夜の約１３時間です。それで、集団全体としてみるとこの１３時間の間に細胞分裂するのですが、個々の細胞が分裂するのに要する時間は長くて４時間なのです。 或いは、妊婦の陣痛開始や出産時刻のリズムをみてみましょう。こうした事象は個々の妊婦にとっては個別の時間におこります。それは、一回こっきりの事象ですので、その「時刻」が概日リズムによって制御されているのかどうかを推定する為には、集団的な統計をとることによって初めて可能になります。 もし、集団統計にリズムが認められなかった場合には二つの可能性があります。一つは、陣痛開始のタイミングには全く概日リズムが関与していない場合です。もう一つは、概日リズムによる制御がかかっているのであるが、その位相が妊婦毎にアットランダムに分布している場合です。後者を言い換えておきます。個々の妊婦の位相は厳密に制御されているのですが、ひとりひとりその位相が異なる、ということです。 ただし、後者の可能性はとても考えづらいことです。何故なら、ふつうは、みんな２４時間の昼夜サイクルに同調した状態にあるからです。 実際のところは、集団分布によるデータ(約２０万人)から、概日リズムであることがわかります。陣痛開始の最大頻度(平均値の1.4倍の頻度）は深夜２時ごろ、最小頻度(平均値の60％）は朝１０時ごろとなります。陣痛開始時刻を一時間毎に調査しておりますので、平均値は4平均値は全体の4.2％の人々、約８３００人を指します。つまり、２０万人の内、深夜２時に陣痛開始する妊婦は約１万２千人、朝１０時に陣痛を開始する妊婦は５千人いた、ということです(Smolensky, M. et al. 1972)。 陣痛開始のタイミングは概日リズムによる制御を受けている。最も起こりやすい時間帯は「妊婦を平均すると｣深夜２時、最も起こりにくい時間帯は「妊婦を平均すると」朝１０時である。二つの可能性がありますが、今のところ、その正否を決める証拠はありません。 陣痛開始のタイミングは、細胞分裂のタイミングのような厳密な関門制御を受けていない 厳密な関門制御を受けているのだが、妊婦の位相がお互いに少しずれている。 なお、一般に、昼行性哺乳類は夜に、夜行性哺乳類は昼に、つまりどちらも非活動期に出産する傾向があります。ラットでは、血清中の relaxin のレベルが、出産タイミングを決定しているらしいとの証拠があります。また、母ラットの SCN または胎児ラットの視床下部を切除すると、陣痛開始のタイミングが乱れますが、妊娠期間は変わりません。また、概日リズムとの関連は不明ですが、ヒト胎児の無脳化症(視床下部欠損)の場合、妊娠期間が乱れることが知られています。 なお、ヒトの場合 relaxin レベルに概日リズム的変化は認められていません｛Petersen LK(1995)Acta Obstet Gynecol Scand 74(4):251-256 Variations in serum relaxin (hRLX-2) concentrations during human pregnancy.} また、陣痛開始タイミングの概日位相も統計によって異なるようです。例えば、イタリアにおける最新の研究によれば陣痛開始の最大頻度は夜８時と朝９時にあります{Cagnacci A et al (1998)Am J Obstet Gynecol 178:140-145,Diurnal rhythms of labor and delivery in women: modulation by parity and seasons.}。総説としては、例えば Seron-Ferre,M. et al (1993) Endocr Rev.14(5): 594-609, Circadian rhythms during pregnancy; Honnebier MB & Nathanielsz PW (1994) Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol.55(3): 193-203, Primate parturition and the role of the maternal circadian system. 排卵タイミングの概日リズムとＳＣＮ �@ラットのＬＨサージと排卵タイミングの概日リズム ＬＨ（黄体形成ホルモン, luteinizing hormone）については、例えば生殖内分泌学を参照のこと。 If you wish to read an English literature, please go to "THE NORMAL MENSTRUAL CYCLE AND THE CONTROL OF OVULATION " 4日または5日（個体による）の周期中、前発情期の2時間のみ(休息期）ＬＨサージがおこり、その８〜10時間後(活動期)に排卵する。 ＬＨサージには、エストロジェンが十分に高くプロジェステロンが十分に低いことが必要である。このような状況は普通は前発情期にしか訪れない。 卵巣を摘出して（エストロジェンとプロジェステロンの生産を抑制し）エストロジェンだけを補給しつづけると、ＬＨサージは毎日起るようになる。つまり、ＬＨサージが顕示的な概日リズムとして現れる 非処理の場合には４、5日に一度であるため、それが特定の時刻で起ろうと、概日リズムとしては認めにくいが。 �AラットＬＨサージタイミングの概日リズムと発情周期におけるＳＣＮ機能 ＳＣＮからの神経性信号(概日リズム)によりＬＨサージが誘発される。 このため、ＳＣＮ摘出によって発情周期(排卵周期)は消滅する。 ＳＣＮは発情周期に必須のコンポーネントである。もちろん、このことはＳＣＮだけが発情周期のコンポーネントであることを示しているわけではない。 ＬＨサージのオンセットの約２時間前の間にバルビツール剤(鎮静・睡眠薬)を投与すると排卵は抑制される。次の日の「予定通りの」時刻に排卵が延長される。この抑制効果は他の時間帯では極端に弱い。 バルビツール剤がＬＨサージ効果を抑制することにより排卵を抑制したものと考えられる。 バルビツール剤を毎日この時間帯に与える限り、排卵は抑制され続ける。ちょうどＳＣＮ摘出と同じような効果を持つ。 �Bひとの排卵タイミング 基本的メカニズムはラットの場合と(哺乳類として）同様であろうと推測される：ＳＣＮの神経信号(概日リズム)がＬＨサージを誘発する体制を毎日整えているが、エストロジェン／プロジェステロン比が十分に高い時期にのみＬＨサージを実際に誘導する。ひとの場合にはその２４〜３０時間後に排卵が生ずる。 ＬＨサージ頻度の最高値は季節によって異なる。春は15時ごろ、それ以外の季節3時ごろとなり、このため、春は朝に排卵、それ以外の季節(秋や冬)は夕方に排卵する場合が多い。 出生当時には第一次卵母細胞(計約７０万〜２００万)はプロフェーズの休止状態(複糸期）にある。このうち、思春期まで生き残るのは約４万、実際に排卵されるのは約５００個ほどとなる。 発情周期で成熟する卵子は、排卵の直前に第二成熟分裂に突入して、メタフェーズ段階で停止する。排卵した卵子の寿命は１２〜２４時間 排卵後、約１２〜24時間後に受精し、メタフェーズ抑制を解除される。 排卵後メタフェーズ抑制され、受精によって抑制解除されるというパターンは両生類でも同じ。カエルではメタフェーズ抑制する因子をＣＳＦ(cytostatic factor、細胞質安定化因子)という。 受精によって細胞内のカルシウム濃度が一過的に増加する現象も一般的である。このカルシウム上昇が、メタフェーズ抑制 の解除に不可欠な過程であることが、カエルの場合には証明されている。CSFは、c-mosプロトオンコジーン（前癌遺伝子）の産物とよく 似たプロテインキナーゼで、ＭＰＦによるＭＰＦ崩壊の誘導を抑制する働きがある。これに対し、カルシウムにはＭＰＦ崩壊の作用があ る。そのため、受精によって、十分にカルシウム濃度が上がれば、c-mos(CSF) によるＭＰＦ崩壊抑制に打ち勝って、ＭＰＦの崩壊＝メタ フェーズ抑制の解除が誘発されることになる。 なお、Cagnacci A et al.(1997){Fertil Steril 68(3):421-425, Regulation of the 24-hour rhythm of body temperature in menstrual cycles with spontaneous and gonadotropin-induced ovulation.}によると、前排卵期では、エストロジェン／プロジェステロン比は非常に高いが、このとき、腟内温リズムの平均値は低く振幅は大きい。濾胞期早期から黄体期にかけてエストロジェン／プロジェステロン比は漸進的に低下していくが、これと平行して膣内温リズムの平均値は上昇し振幅は低下していく、という。 いずれにせよ、ひとの排卵タイミングの概日リズム制御は殆ど謎といって良い状態にあるようだ。 関門制御の事例のかずかず ミドリゾウリムシの性的能力（接合能力） 図（Miwa1989）では接合活性。 主観的真昼に最大。主観的夜における接合能の完全抑制は、ＬＬでは減衰し、2週間ほどでこのリズムは消滅する。リズムは暗パルスによってリセットされる。このリズム減衰が、ミドリゾウリムシどうしの間の位相のばらつきなのか、或いは、個々のミドリゾウリムのリズムが消失しているのかどうかは不明。ただ、前者の可能性が高いと思われる。 ゾウリムシの接合型変換（Kamiya & Miwa 1994） ゾウリムシ multimironucleatum 、syngen１１０Ｂ株 主観的夜の後半から主観的真昼までの間のみ接合型?、後の大半は接合型?として振る舞う。ＹＭ２５株１１０株とは逆のパターンを示す。主観的夜明けから主観的真昼ごろまでの数時間が接合型?、後の大半は接合型?として振る舞う。どちらの場合にも、24時間明暗サイクルの下でさえ、接合能の完全抑制は認められない。 アカパンカビの分生子(分生胞子、無性的に(核合体や減数分裂を伴わずに)形成される脱落性の胞子)形成： 細胞分裂タイミングの概日的関門制御とパラレルな現象 チャコブダケの胞子放出リズム（Ingold & Cox 1955） 胞子形成（有性生殖、核合体と減数分裂）タイミングのリズムとみてよい。ただし、連続暗黒の下では胞子形成に対する抑制は完全ではない。細胞分裂のタイミングと同じように、胞子形成も主観的真夜中に最大となっている。 ショウジョウバエの羽化リズム（Pittendrigh & Bruce 1959） 主観的夜明け直後のみ羽化するという、完璧な関門現象を示している。この図自体は、自由継続周期の温度補償性を示すためのもの。 ワタアカミムシ Pectinophora gossypiella (蛾の一種)の三つの概日的関門リズム 産卵oviposition、卵の孵化 egg hatch、と蛹の羽化pupal eclosion　この図自体は、三つの関門リズムを制御している概日時計のＰＲＣが等しいことを示すためのもの ホーム(生命を考える)へ テーマ別入り口 生命とリズム(トップ) 前ページへ 概日リズムと環境適応 千葉先生の論文（時間生物学ハンドブック、概日リズムと生態学 より 図3 牛に飛来する吸血昆虫の種類が時刻によって異なっている。ここに示されている三種の蚊は夜行性、虻（アブ）とサシバエは昼行性、蚋（ブユ）は二相性の薄暮活動性となっている。 図４ 鶏に飛来する三種の夜行性の蚊は殆ど交尾を済ませた個体で、処女雌は稀であることが分かる。交尾→「吸血→卵成熟→産卵」という時間パターンは雌吸血性の昆虫に共通した特徴で、宿主によらない。各種によって飛来パターンが異なることも注意される。「」内が繰り返されるとあるが、産卵は「小出し」ということなのだろうか？ 図５ アカイエカ雄の群飛（蚊柱） 日の出直前と日没直後の約一時間。この一時間の間に雌は交尾して吸血行動に移る。 図６ アカイエカ 交尾活動による雌活動性の変化 　雌の活動パターンは雌と過ごしても変化ない（群飛に対応した二峰性）が（上段の二図）、雄と交尾することによって、夜間の活動性を強めている。この夜間活動性の強まりが吸血行動に対応している。 ただし、この人工条件の下での二峰性は野外のものと若干異なっている。野外では夜明け直前と日没直後に交尾行動が行われるが、人工条件の下で記録された活動性は、夜明け直後と日没直後になっている。 図７アカイエカ雌個体レベルでみた行動パターンと集団としての行動パターンの違い 一匹の雌が吸血行動に割く時間は図6に示されたような長い時間ではなく、数分のレベルである。つまり、図６のパターンは、違う時間帯に訪れた雌個体の分布パターンを表している。 　本図は単なる仮説で、未だ検証されたわけではない。夜明け直前に交尾した雌は、その日の日没直後から早々と吸血活動に出るのにたいし、日没直後に交尾した雌の吸血活動は出遅れる、という仮説。