南極で生息できる唯一の昆虫はどれほど恐ろしいのでしょうか?

北極と比べると、南極ははるかに荒涼としている。面積の 95% 以上が一年中氷で覆われており、世界で最も広い海峡であるドレーク海峡が南極大陸と南半球の他の大陸を隔てています。南極周極海流は、南極大陸の外側の暖流を遮断する目に見えない障壁のようなものです。

この荒廃は昆虫の多様性にも反映されています。北極には2,000種を超える昆虫が知られていますが、南極に固有の昆虫はナンキョクユスリカ（ Belgica antarctica ） 1種だけです。

名前に「蚊」という言葉が含まれていますが、南極ユスリカは実際にはユスリカ科に属しており、私たちがよく知っている人を刺す蚊ではありません。成虫のナンキョクユスリカにも、血を吸うための羽や口器がありません。 (画像出典: wiki)

19 世紀末には、ベルギー南極探検隊が南極半島のジェルラシュ海峡付近でこのユスリカを初めて発見しました。その後の研究者によるサンプリング範囲が徐々に南に拡大するにつれて、南極ユスリカの分布範囲も南に拡大し、南緯69度を超えました。しかし、歴史を通じて、南極圏で発見された在来昆虫はこの 1 種だけです。

生き残るのは簡単ではない

南極で暮らしたいなら、寒さが最大の課題です。南極付近まで行かなくても、比較的低緯度（南極圏内）にある南極半島では、冬の気温が氷点下数十度になることもあります。幸いなことに、厚い氷や雪は優れた断熱材として機能することがあります。この地は風速10メートル以上の強風が吹き、極夜は1日19時間続きます。南極のユスリカは、その一生のほとんどを氷や雪の下の土の中に隠れて、氷や雪の暖かさを楽しんでいます。

測定データによれば、深さ約1cmの土壌では、年間300日以上気温が-2℃以下に下がらず、最も寒い日でも-5℃以下に下がることはない。

氷点下の気温でも、南極のユスリカは凍り付かずに済む方法を持っています。昆虫の血リンパ（昆虫の「血液」）には天然の不凍液が含まれており、その主成分はエリスリトール、グルコース、トレハロースです。その原理は、冬に雪を溶かすために道路に塩を撒くのと似ています。これらの成分は、南極のユスリカの体内の液体の凝固点を下げ、体内で致命的な氷結晶が形成されて組織、特に細胞構造に損傷を与えるのを防ぎます。

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寒さに加えて、南極には見落とされがちなもう一つの致命的な問題がある。それは水不足だ。氷点下の気温が続くと、体液が凍結するだけでなく、ほぼすべての液体の水が固体状態に変わります。水は生命の源だが、氷はそうではない。寒い環境では、ほとんどの生物は固体の氷を利用できません。しかし、南極のユスリカは脱水症状に強い抵抗力を持っているだけでなく、脱水症状を利用することもできるのです。

これは、砂漠の生物が干ばつに抵抗する主な方法である水分の蒸発を抑えることとは異なります。南極のユスリカは、自分の体と外界との間の蒸気圧の差を利用して、自分自身を「保護的な脱水状態」に置きます。研究者らは研究室でテストを実施し、最も過酷な条件下でも南極のユスリカは70%近くの脱水に耐えられることを発見した。比較すると、人間の認知能力は体重の2%の水分を失うと低下します。

さらに重要なのは、極度の脱水状態下では、血リンパと細胞内液中の「不凍液」の濃度が増加し、融点がさらに低下して凍結を防ぐことができることです。脱水プロセス全体は非常に急速で、環境が温まり湿度が上昇すると、南極のユスリカの幼虫はすぐに「再水分補給」できます。幼虫は、自然な湿度の変動に適応するために、少なくとも 4 回の脱水と再水分補給のサイクルに耐えることができます。

繁殖期の調整

たとえ南極のユスリカが氷塊にならずにすむとしても、このような過酷な環境では、あらゆるエネルギー消費を慎重に計算する必要があり、冬眠は非常に費用対効果の高い選択肢となる。

多くの無脊椎動物には、一般的に 2 種類の休眠状態があります。 1 つは「静止」と呼ばれるもので、ヘビの冬眠に少し似たプロセスであり、主に外部の環境条件によって駆動されます。ある程度の寒さなど、外部環境が厳しいと、体は不必要な生命活動を速やかに停止し、急速に休眠状態に入ります。現時点では、昆虫は生命を維持するために少量の栄養しか必要としません。春が来て花が咲くと、体はすぐに回復し、活力を取り戻します。

もう 1 つのタイプの冬眠はそれほど「カジュアル」ではありません。それは生物の「本来のコード」に書かれており、休眠と呼ばれます。幼虫はある程度成長すると活発に成長を停止し、再び休眠状態に入ります。この時点で、幼虫の細胞分裂はほぼ停止し、冬眠を終了するための「プログラム条件」が満たされるまで、代謝は大幅に遅くなります。一般的に、昆虫は休眠と休眠のいずれかの戦略のみを採用する傾向があるが、Scientific Reports に発表された最近の研究では、南極のユスリカは厳しい南極の冬を生き延びるためにこれら 2 つの方法を組み合わせていることが明らかになった。

南極のユスリカは約 2 年間生きますが、そのほとんどは幼虫として過ごします。最初の冬の間、2齢幼虫は休眠期に入ります。休眠期間の利点は柔軟性です。環境が適切であれば、すぐに回復し、発展と成長のあらゆる機会をつかむことができます。

しかし、翌年の冬、南極のユスリカが幼虫の最終段階に入り、成虫への蛹化の準備をしているはずの頃、彼らはもう急いでいませんでした。研究者たちは、この時期、ナンキョクユスリカの幼虫は成長を止めて休眠期に入ることを発見した。この強制休眠期は、冬に気温が低くなると終了し、幼虫はゆっくりと蛹化し、成虫に変化し、翌年の夏に次の世代を繁殖させます。

交尾中の南極のユスリカ（画像提供：RE Lee/Iryna Kozeretska 他、2021 年）

この一見時間の無駄な行為は、実は南極のユスリカが貴重な繁殖期を狙うためにとる特別な手段なのです。

ナンキョクユスリカは蛹から孵化した後、成虫はわずか 10 日未満しか生きられません。彼らは、わずか数日以内に交尾して子孫を残すのに適した年齢のユスリカを見つける必要があります。そのため、遺伝子に書き込まれた休眠「プログラム」が、同時に成虫になり、繁殖期を合わせるための鍵となるのです。

2年目の夏、メスのナンキョクユスリカは苔や土の中に粘液に覆われた卵を産みます（粘液には脱水に抵抗し、保温する働きもあります）。産卵の過程でメスの南極ユスリカの腹部は破壊されるため、ほとんどのメスは一回だけ卵を産んだ直後に死んでしまいます。約40日後、これらの卵は孵化して新たな南極ユスリカの幼虫となり、再び氷の環境での生存能力を発揮することになる。

新たなライフサイクルが再び始まります。

参考文献

[1]https://www.nature.com/articles/s41598-025-86617-4

[2]https://www.eurekalert.org/news-releases/1072917

[3]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1744-7917.12925

[4]https://www.nature.com/articles/ncomms5611

[5]https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2435.12229

[6]https://www.uc.edu/news/articles/2019/02/n2069513.html

企画・制作

出典: グローバルサイエンス (ID: huanqiukexue)

編集者：鍾延平

校正：徐来林