科学者たちは、イナゴを集めて災害を引き起こすこの物質の新たな機能を発見した。

制作：中国科学普及協会

著者: 昆虫インターン（中国科学院）

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：生命科学の最新の謎を解くために、中国科学普及の最先端技術プロジェクトは「生命の新知識」と題する一連の記事を立ち上げ、独自の視点から生命現象を解釈し、生物学の謎を明らかにしました。人生の世界を探求し、無限の可能性を探求しましょう。

イナゴといえば、誰もが知っているはずです。夏から秋にかけて、都市の芝生や田舎の野原の草むらで飛び回り、時には素早く低く飛ぶ昆虫です。一般的に「バッタ」と呼ばれ、学名は Locust migratoria です (バッタには多くの種類があり、Locust migratoria はその 1 つにすぎません)。

しかし、私たちの両親や祖父母が生きていた昔、人々は「イナゴ」という言葉を聞くだけで恐怖を感じていました。これはキャラクターの作成からもわかります。 「イナゴ」という文字は、「昆虫」と「皇帝」を組み合わせたものです。古代人は、圧倒的なイナゴの被害に対して無力でした。彼らはイナゴが昆虫の王であると信じており、イナゴを崇拝し、イナゴの疫病が起こらないように祈るためにイナゴ寺院を建てたほどです。

イナゴ

（写真提供：veerフォトギャラリー）

小さなイナゴがなぜ災害を引き起こすのか、考えたことがありますか？中国では何十年も深刻なイナゴの被害が報告されていないのはなぜでしょうか?イナゴの大発生が起きていると言うのは誇張でしょうか？

答えは、イナゴの大発生は決して大騒ぎするものではない、ということです。彼らは本当に存在するのです。中国で大規模なイナゴの被害が報告されていないのは、中華人民共和国の建国後、科学的な管理によってイナゴの被害が基本的に根絶されたためである。ですから、映画やテレビドラマで描かれているイナゴの大発生や人々の悲惨な生活は、今や誰にとっても理解しにくいものかもしれません。しかし、歴史上、イナゴの大量発生は洪水や干ばつとともに三大自然災害の一つとして知られています。古代では、空を飛び回るイナゴが人々の年間収穫物を食い尽くし、緑の葉の植物さえも例外ではありませんでした。中国は千年にわたってイナゴの大量発生に悩まされており、その深刻さと範囲の点で世界で最も深刻な被害を受けている国の一つです。

そのため、問題が発生する前に予防するために、わが国はバッタ防除に関する研究を長年行っており、統計的分類や形態学的観察にとどまらず、分子領域にまで深く踏み込んでおり、世界でも最先端を走っています。

イナゴの大群は何を引き寄せるのでしょうか?

科学者たちは観察と研究の結果、草むらに散らばるこれらのイナゴは自然災害を引き起こすものではなく、生態系の重要な一部であることを発見した。しかし、それらが集まると、災害が発生します。では、もともと無害なイナゴが群れをなして大惨事を引き起こす原因は一体何なのでしょうか?

この問題は、イナゴ科学の父であるイゴール・ユヴァロフが、イナゴには単独型（疫病ではない）と群生型（疫病）の2つの形態があることを発見した1921年以来、ほぼ100年にわたって科学者を悩ませてきました。

単独性および群生性のイナゴ

（画像出典：参考1）

2020年になって、中国科学院の康楽院士が中国科学院動物研究所の研究チームを率いて、厳密かつ綿密な研究を経て、ついに災害時にイナゴを誘引する化学物質、4-ビニルアニソール（以下、4VA）を発見した。化合物 4VA は、イナゴの嗅覚受容体を介して災害時にイナゴを誘引して集まる誘引剤として作用します。

この研究は非常に意義深い。イナゴの大発生を引き起こす化学信号が初めて顕微鏡レベルで発見され、昆虫学の分野で1世紀にわたって解決されなかった問題が解決した。イナゴの嗅覚の 4VA 受容体を改変すると、イナゴは 4VA に引き寄せられて集まることができなくなり、イナゴの大発生は発生しなくなります。

イナゴの大群を引き起こした4VAのもう一つの正体

この研究により、イナゴの群れの謎が解明されました。しかし、4VA に関する継続的な研究により、その別の正体が明らかになりました。

まず、多くの研究により、社会的な動物はしばしば高度な生殖同期性を示すことが示されています。つまり、グループ内の個体は同じまたは類似の生殖周期を持ちます。

この特性は、動物が自然界で生き残るために多くの利点をもたらします。性成熟と生殖周期の同期は、集団の維持と集団移動に役立ちます。同期繁殖は、動物の群れ内の個々の交配成功率と子孫の生存率を大幅に向上させ、個々の捕食のリスクを減らし、群れの動物の環境適応性を高めることができます。これは動物の集団行動の中心的な生物学的特徴の 1 つです。

しかし、この生殖の同期はどのようにして起こるのでしょうか?この問題は科学者にとって常に懸念事項となっている。

現在、外部の気候や生体リズムの影響に加え、個体間の情報交換も生殖同期に役割を果たしていることが研究で明らかになりつつあります。

たとえば、生物学者のマーサ・マクリントックは 1971 年に初めて「ホワイト」効果を提唱しました。彼女の研究は、メスのマウス間の生理周期の同期現象の観察と分析に重点を置いています。彼女は、オスが放出する化学信号がメスの月経周期に影響を与え、集団内でメスの月経周期の同期を引き起こす可能性があると提唱した。この理論は後に他の哺乳類にも拡張されましたが、その根底にあるメカニズムは未だに不明です。

イナゴの産卵

（写真提供：中国科学院大学ニュースネットワーク）

上記の研究背景に基づくと、群生するイナゴの生殖同期化は良い研究方向である。

そこで、王先慧研究員チームと康楽院士チームが協力し、イナゴの集合フェロモン（4-VA）にはメス個体の同期性成熟を促進する機能もあることを発見した。

まず、科学者らは群居性および単独性の雌昆虫の卵母細胞発達と初回産卵時期を分析し、群居性の雌は単独性の個体よりも性成熟に早く、一貫して達し、産卵時期もより集中していることを発見した。さらに、性別の変数を制御することで、群れをなす雄の体表面の化学揮発性物質によって雌のバッタの同期的な性成熟が誘発されるのに対し、群れをなす雌と単独行動する雄の体表面の揮発性物質は雌の同期的な生殖を誘発できないことが発見されました。

嗅覚を失った突然変異した雌のバッタが、群がる雄の昆虫が発する匂いによって刺激されると、性成熟の同期化という現象は起こらない。これらの実験は、群生する雄のバッタが発する嗅覚信号が雌のバッタの同期した性成熟を誘発することを示しています。

では、この嗅覚信号とは一体何なのでしょうか?

群居性の雄、群居性の雌、および単独行動性の雄成虫の体表面の揮発性物質の組成と含有量を分析および比較することにより、群居性の雄成虫による放出レベルが高い5つの揮発性物質が特定されました。 5 種類の揮発性臭気が雌の同期性成熟に与える影響を 1 つずつテストした結果、4-ビニルアニソール (4-VA) のみが有意な影響を与えることが判明しました。

驚くべきことに、異なる年齢の雌個体をテストしたところ、4-VA は若い雌の性成熟を促進できるものの、年長の雌（羽化後 5 ～ 6 日）には明らかな効果がないことがわかりました。

しかし、触角神経反応実験の結果、異なる年齢の雌バッタ間で4-VAの嗅覚知覚に差がないことが示され、この性成熟促進効果の年齢差は嗅覚の違いによるものではないことが示されました。

植物上のイナゴ

（写真提供：veerフォトギャラリー）

では、4-VA が性的成熟に与える影響の年齢差にはどのようなメカニズムが影響するのでしょうか?

さらに研究を進めると、4-VAを投与された若い雌の側咽頭体（神経内分泌腺に類似）における幼若ホルモン（JH）代謝の遺伝子に大きな変化が見られ、体内のJH含有量が増加したが、高齢の雌では変化が見られなかったことが判明した。

嗅覚を失った突然変異イナゴを使って実験が行われた。羽化後3～4日目に人工的にJHを注入したところ、突然変異雌の性成熟の同期が改善されました。 JH はイナゴの繁殖を制御する重要な内分泌ホルモンであるため、異なる年齢の雌個体における 4-VA に対する感受性の違いを引き起こすのは幼若ホルモン (JH) です。

社会的な成体雄における高揮発性 4-VA が雌の性的成熟の同期を促進するメカニズム

（画像出典：参考資料2）

結論

トノサマバッタの世界では、特定の時期にオスが発する「4-VA」という匂いが成虫メスのJHシステムを活性化し、若いメスの性成熟を早めます。この「キャッチアップ」戦略を通じて、グループ全体における性的成熟の同期が達成されます。明らかに、4-VA の機能的多様性は、この化合物がイナゴの大規模な個体群の形成と維持に非常に重要な役割を果たしていることを示しています。イナゴの被害を根絶するには、症状と根本原因の両方を治療する必要があります。魔法の化学物質 4VA は私たちに希望をもたらします。なぜなら、これを阻害することで、現代のイナゴが集まって災害を引き起こすのを防ぐだけでなく、イナゴの成長と発達の一貫性を破壊し、次の世代のイナゴが散らばって災害を引き起こす可能性を低くすることができるからです。

この研究結果はまた、探索と発見のプロセスにおいて、私たちはあえて一つの例から別の例へと想像し推論しなければならないこと、そして古い友人に新しい顔が現れるかもしれないことを教えてくれます。

参考文献:

1. Guo、X、Yu、Q、Chen、D. 他。 4-ビニルアニソールはイナゴの集合フェロモンです。ネイチャー584、584-588（2020）。

2. Dafeng Chen、Li Hou、Jianing Wei、Siyuan Guo、Weichan Cui、Pengcheng Yang、Le Kang、Xianhui Wang (2022) 凝集フェロモン 4-ビニルアニソールは雌バッタの性成熟の同調性を促進する eLife 11:e74581