ねらい アリとアブラムシの共生関係がわかる。生態系の中で生きる生物の間にはさまざまな関係が成り立っていることに気づき興味を持つことができる。 内容 園芸や野菜作りをする人にとり、頭が痛いのがアブラムシです。アブラムシは、スギなどごく一部の種類を除きほとんどの植物に寄生しています。アブラムシがいる木では、アリが歩き回っている姿を見かけます。アリとアブラムシは共生しているのです。アブラムシのお尻から蜜が出ています。アリはこの蜜が目当てなのです。蜂蜜を水に溶かしたような甘い蜜で、「甘露(かんろ)」といわれます。甘露は、アブラムシにとっては、排泄物。この甘露の中には、果糖やぶどう糖などの糖分が5%も含まれています。アリが触角で、盛んにアブラムシの体を叩いています。叩かれたアブラムシが甘露を出しました。アブラムシはこの刺激で甘露を出すといわれています。アブラムシにはたくさんの天敵がいます。いろいろな動物のエサとなってしまいます。そんなアブラムシの天敵を追い払う役割をしているのが、のアリです。おいしい甘露をもらいアブラムシを守っているのです。 アリとアブラムシ アリは、アブラムシの腹部の先端から出る甘い排泄物を餌にし、アブラムシはアリに排泄物の掃除をしてもらい、また、さまざまな敵から守ってもらいます。
これまでに林研究員たちは,実験室内での研究により,働きアリが自身の経験に基づいてアブラムシに対する行動を変化させることを明らかにしてきました(Hayashi et al. アリは“誰が共生相手か”を口移しで巣仲間に伝える―世界で初めて明らかに｜国立大学法人千葉大学のプレスリリース. 2015).生まれてから一度もアブラムシと触れ合ったことの無いトビイロシワアリの働きアリは,マメアブラムシに対して高い攻撃性を示しました.その一方,アブラムシから甘露を貰った経験のあるアリは,アブラムシに対する攻撃性を著しく低下させたのです.この実験結果は,アリがアブラムシを学習することを示唆しています.しかし,アリ個体ごとの"自己"学習のみに依存したパートナー認識機構は,共生関係構築の足枷にもなり得ます.アリはアブラムシと家族単位で共生関係をむすぶため,家族内のアリ個体全員がそれぞれアブラムシを学習する機会が必要となり,共生構築に多大な時間を要すると考えられるからです.そこで林研究員たちは,アリが家族の他個体にアブラムシの情報を伝える何らかのシステムを持っているのではないかと考えました.アリが家族内で情報を共有することができれば,このような問題は解消されるでしょう. まず,マメアブラムシ経験のあるアリとシャーレ内で同居させたアリのアブラムシに対する攻撃性を測りました.その結果,自身には直接のアブラムシ経験が無いにも関わらず,アリはアブラムシに対する攻撃性を顕著に減少させたのです.これは,アブラムシの情報が経験アリから未経験アリへと伝達されることを示しています.次に,アブラムシ経験アリから未経験アリへの情報伝達がどのように生じているのかを明らかにするため,アリの"口移し"行動に着目し実験を行いました.口移しは,そ嚢という胃袋のような器官に蓄えた液状の餌を吐き戻し仲間に分け与える行動で,アリやハチなどの社会性昆虫で広くみられる習性です(図1B).アブラムシ経験アリから未経験アリへの口移しを実験的に阻害したところ,未経験アリのアブラムシに対する攻撃性が顕著に増加しました.このことから,働きアリ間の口移しの際にアブラムシの情報が伝達されることが判明しました. 自身の経験を伴わずとも,他個体の観察や情報伝達をもとに個体が行動を変化させることを"社会的学習"といいます.社会的学習は,一見複雑なアルゴリズムが必要と感じさせるため,主に大きな脳を持ち高度な社会生活を営む"高等"動物でみられる現象と従来は考えられてきました.しかしながら,近年の研究により,小さな昆虫までもが他個体の得た情報をもとに意思決定をする仕組みをもつことが徐々にわかってきました.本研究は,アリのパートナー認識において情報伝達が生じていることを世界で初めて示しました.アリのような小さな虫にも,私たちが思っているよりも遥かに高度な情報処理能力または意思決定システムが備わっているのかもしれません.
真核生物、原核生物 細胞核を持つ生物を真核生物、持たない生物を原核生物という。細菌が原核生物であるのに対し、動物を含む多細胞生物はすべて真核生物である。細胞の構造だけでなく、遺伝子構造、遺伝子発現機構なども両者の間で異なる。遺伝子発現機構が異なることから、細菌から水平転移したDNA断片が、真核生物内で遺伝子として発現、機能するためには、真核生物型の遺伝子構造を獲得する必要がある。この障壁があるため、細菌から真核生物に水平転移したDNA断片のうち、ほとんどは遺伝子として機能することなく、壊れていく一方であることが知られている。 8. オルガネラ化 ミトコンドリアや葉緑体といったオルガネラは、10億年以上前に真核生物の共通祖先に侵入、共生を開始した細菌に由来する、という「細胞内共生説」が現在広く受入れられている。これらのオルガネラは独自のゲノムを持つが、そのサイズは著しく縮小しており、大部分の遺伝子は宿主の核ゲノムに移行している。これより起源が新しく、1~2億年前に動物との共生を開始したのが、ブフネラやカルソネラといった菌細胞内共生細菌である。菌細胞内共生細菌はゲノムサイズが縮小し、宿主細胞への依存度が高いという点においてオルガネラに似るが、これまで遺伝子を宿主ゲノムに移行させているとの証拠は得られていない。 9. エクソン、イントロン、スプライソソーム型イントロン 遺伝子が発現する際、DNA上の遺伝情報はまずRNAへと転写されるが、転写された配列のうち一部はRNAの成熟の過程で除去される。遺伝子上で、この除かれる配列に対応する領域をイントロンとよび、成熟後もRNAとして残る配列に対応する領域をエクソンという。イントロンにはいくつかの型があるが、スプライソソームと呼ばれる構造により切り出されるものをスプライソソーム型イントロンといい、真核生物だけで見られる。 10. 分子系統解析 あらゆる生物は遺伝子の本体である核酸と、それに基づくタンパク質を持つが、これらの塩基配列や、アミノ酸配列などを比較することで、生物間の系統関係や遺伝子の進化過程を推定する手法。 11. リアルタイム定量RT-PCR 試料中のRNAの存在量を定量する手法。試料から抽出したRNAを逆転写してcDNAとし、これを鋳型としたポリメラーゼ連鎖反応を行いながら、増幅産物をリアルタイムで追跡し、増幅率に基づいてcDNAの存在量を算出する。 12.
相利共生細菌 複数種の生物が緊密な結びつきを保ちながら、同所的に生活する現象を共生と呼ぶが、これは大きく相利共生(双方の生物種が利益を得る)、片利共生(一方が利益を得るが、他方には影響がない)、寄生(一方が利益を得ると同時に他方が不利益を被る)の3つに分類される。すなわち相利共生細菌とは、共生関係によって、細菌と宿主の両者が利益を得るものを指す。ここではアブラムシに依存しながら、アブラムシに対して栄養分を供給してその繁殖を支える「ブフネラ」のこと。 2. 体腔 動物の体壁と消化管との間の空所、空隙で、この中にさまざまな内臓を納める。動物の体制上、体腔内が「体内」であるのに対し、消化管内はあくまで「体外」である。 3. 菌細胞 共生微生物を収納、維持するために分化した細胞で、さまざまな系統の昆虫など、無脊椎動物でしばしば見られる。 4. ブフネラ Buchnera aphidicola (ブフネラ・アフィディコラ)。γ-プロテオバクテリア綱・腸内細菌目・腸内細菌科に属する細菌。これまでに4種のアブラムシに由来するブフネラの全ゲノム塩基配列が決定されており、そのゲノムサイズは420kb~650kbで、コードされている遺伝子は400~600程度。近縁な自由生活性の細菌である大腸菌のゲノムサイズが4Mbで、遺伝子数が4, 000ほどであるのと比べて、著しくゲノムサイズが小さくなっているのが分かる。ちなみに生物界最小のゲノムは、キジラミの菌細胞内にすみ、やはりγ-プロテオバクテリア綱に属するカルソネラ( Carsonella ruddii; カルソネラ・ルディアイ)のもので、そのサイズは160kb (Nakabachi et al., Science, 2006; 2006年10月13日プレスリリース)。 5. 垂直感染 微生物が、宿主から直接その子孫に伝播される感染様式。これに対して個体間で起こる、より一般的な感染は水平感染とよばれる。 6. 水平転移 生物の遺伝子は、通常親から子へと伝えられていくが、これに対して親子関係にない生物体のゲノムの間で遺伝物質が移ること。(「水平感染」とはまったく別の概念であることに注意。)単細胞生物同士の間では比較的頻繁に起こることが知られているが、動物などの多細胞生物ではごくまれにしか見られない。これは、単細胞生物では、ゲノムが外来のDNA断片にさらされる頻度が高いばかりでなく、一旦そうした断片がゲノムに挿入されると、そのまま次世代に受け渡されるのに対し、多細胞生物では、細胞は体細胞と生殖細胞に分かれており、外来DNA断片が次世代に受け渡されるためには、体内に収納されたごく少数の生殖細胞の染色体に挿入されなければならないためである。さらに、細菌から多細胞生物に水平転移したDNA断片が「遺伝子」として働くには、 ※7 に示すようにもうひとつの高い壁が存在する。 7.
:昆虫の世界の紹介 。 プリンストン大学、2013年。