アリの魔法を覗いてみよう！アリと植物はどうやって仲間になったのでしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: 秦亜龍 (中国科学院植物研究所、江蘇省、南京中山植物園)

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。

自然界では、アリと植物は互いに影響し合い、依存し合っています。長い進化の期間を経て、彼らは徐々に魔法のような相互利益のある共生関係を形成してきました。この記事では、アリと植物の共生関係を利用して、アリと植物がどのように共進化するかを科学的に説明します。

アリと植物の共進化はアリが植物を食べることから始まり、その後植物はアリにとって有益な構造と習性を進化させました。

アリと被子植物の共進化

地球上には 14,000 種を超えるアリが存在し、最も数の多い昆虫の 1 つです。これらと被子植物は約 1 億 4000 万年前の白亜紀に起源を持ち、現在は南極を除くすべての大陸に分布しています。

2023年に『Evolution Letters』に掲載された研究により、進化と拡散においてアリと被子植物（顕花植物）の間に密接な関係があることが明らかになりました。研究は、6000万年以上前の白亜紀後期から古第三紀初期にかけて、被子植物の葉に気孔が発達するにつれ、被子植物が生存するために依存していた森林環境が徐々に湿度が高くなり、樹木に着生する植物がますます豊富になったと指摘した。この頃、もともと森の地下に巣を作っていたアリは徐々に進化し、木に巣を作る樹上性アリを生み出し、コロニーの垂直的な階層化を通じて種間の競争を減らしました。

植物とアリのイラスト

（写真提供：veerフォトギャラリー）

被子植物が森林を越えて広がるにつれて、アリもそれとともに広がりました。この過程で、被子植物はオレオソーム（種子に付着した構造で、糖、タンパク質、脂質などを含む）や花外蜜腺（若い茎、葉、花柄などの植物の栄養器官に生える蜜腺）など、さまざまな食料供給方法を進化させました。これらは、被子植物がアリの進化に及ぼす影響において重要な要因である可能性があります。

アリと植物の蜜腺の共進化

植物の中には、甘露を報酬としてアリと共生関係を築くものもあります。ここで言う甘露は、受粉を促進する花の蜜とは異なります。これは通常、花の外側にある蜜腺から分泌される甘露のことを指し、アリを引き寄せ、草食動物の食害を防ぐことができます。文献によると、花外蜜腺は、約 4,000 種の顕花植物に広く存在します。

シダ植物の中には、花外に多様な蜜腺を持つ種もいます。これらの蜜腺から分泌される蜜の成分は、単糖類、多糖類、アミノ酸などを含み、被子植物のものと似ていると考えられます。

シダ植物の多様な蜜腺

（画像出典：参考文献10）

新たな研究は、植物と草食動物の相互作用が進化の軌跡に影響を与えることを示唆している。一部の植物は、甘露でアリを買収し、甘露を受け取ったアリが植物のボディーガードとして働くという間接的な防衛戦略を進化させています。

アリを引き寄せるこれらの蜜腺は、白亜紀にシダ植物と被子植物の両方に発生し、アリが生息する植物の出現と一致し、シダ植物と被子植物の両方で共進化しました。シダが林床から林冠へと移行するにつれ、既存のアリ・被子植物システムから再びアリをボディーガードとして採用した。

シダ植物のうち、アリと共生しているものとしては、ウラジロモドキ科のプラティケリウム、レカノプテリス、ミクログラマなどが挙げられます。

アリとシダの共生

近年、シダ植物は観賞価値が非常に高いため、ますます多くの植物愛好家から求められています。この属の植物の主な特徴は二形性の葉であり、栄養葉（不稔葉、腐植葉）と生殖葉（稔葉、胞子葉）に分けられます。栄養葉の基部は重なり合って、幹や枝に付着していることが多い。市販の葉の中には鳥の巣のような形をしており、腐植土や雨を受け取ることができるものもあります。生殖葉が成熟すると、生殖のために胞子が裏面で成長します。ほとんどが鹿の角のような形をしているため、「鹿角シダ」と名付けられています。

シダ

（写真提供：著者撮影）

シダ植物の栄養葉

（写真提供：著者撮影）

樹木や枝に着生するシダ植物は、マレーシダ Platycerium ridleyi Christ のようにアリと共存することを選択することがあります。アリは栄養豊富な葉に巣を作ることができます。栄養のある葉の隆起した葉脈は、アリが通る道のようなものです。葉の表面に穴が開いている場合もありますが、これもアリが出入りしやすいように開けた通路である可能性があります。

その見返りとして、アリはボディーガードとして働き、マレーシダの病気や害虫の発生を減らすのを助け、また、餌を食べたり繁殖したりする際に生成される腐植をマレーシダの栄養として利用することもできます。

アリとアリ食動物の共生

アンスリウム属の植物は中が空洞で膨らんだ根茎を持ち、種によって根茎の形は異なります。根茎はほとんどが枝分かれしており、枝の先端の突起は「葉足」と呼ばれ、そこから葉が生えます。

共生システムでは、Iridomyrmex 属と Crematogaster 属のアリが Crematogaster 属の拡大した根茎に住み着きます。この時点で、Crematogaster 属はもはやアリを餌で誘惑することはなく、代わりに安全な「家」を提供します。アリは糞や食物残渣を通じてシダ植物に栄養を与えることができ、また、シダ植物が害虫に抵抗するのを助けるボディーガードとして働くこともできるため、両者にとってメリットのある状況が実現します。

アリシダの根茎

(画像出典: PlantSystematics.org)

アリとシダの共生

Pteris 属とアリの共生関係はさらに興味深いものです。アリに直接住処を提供するものではありません。アリが住める唯一の場所は、他の昆虫が残した古い家です。

研究者らは、ミクログラム・スクアムローサ（Kaulf.）デ・ラ・ソタの茎虫こぶ内でチョウ目昆虫によって誘発されるアリの植物相遷移を研究することにより、ミクログラム・スクアムローサ（Kaulf.）デ・ラ・ソタの茎虫こぶに寄生する昆虫は成熟すると虫こぶの表面に穴を残して自ら去ることを発見した。

これらの虫こぶは他の昆虫の隠れ場所や巣作り場所として再利用されますが、主な昆虫種は樹上性アリです。実験で収集された49個の虫こぶのうち、合計6種のアリが中古の虫こぶの巣にうまく生息していたことが判明した。

Pteris multiscalyの茎の虫こぶに寄生する

左上：茎の虫こぶ。右上: 小型のチョウ目虫こぶが虫こぶを分泌する。

左下: アリが生息する茎虫こぶの断面。右下: 茎の虫こぶによって残された穴。

（画像出典：参考文献9）

したがって、これらのシダに住むアリが、甘露を食べたり害虫から身を守ったりしているときに成熟した胞子に遭遇すると、これらのシダが胞子の拡散を完了するのを助けることができます。

アリとバクテリアの共生

アリと植物の共生と共進化の過程で、アリの巣内の多様な共生細菌は、アリのコロニーが病気や窒素欠乏などの悪条件に抵抗するのを助け、アリのコロニーの発展に極めて重要です。したがって、アリと細菌の共生は、アリが熱帯雨林の樹冠に定着するための必要条件でもあると考えられています。

アリと植物の受粉の共進化

これまでのところ、アリによって受粉される植物はほんのわずかしか発見されておらず、アリによる受粉の役割は過小評価されている可能性があります。アリはほとんどの場合飛べない、大量の花粉を運ぶことができない、アリ自身の分泌物が花粉の活力を低下させるなど、多くの人が信じています。これらは、アリによって受粉される植物の希少性に影響を与える要因です。

しかし、私たちはアリ科の大きさや、アリと植物の長期にわたる共生関係を見落としてきました。一部の植物はアリに適応するように進化するかもしれませんが、現在の研究は十分ではありません。アリによる受粉に関する情報を検索すると、最も一般的な植物は蘭です。どうやら、蘭はアリによる受粉に適しているようです。これを、いくつかの典型的なアリとランの受粉の事例を通して説明します。

オーストラリア南部には、ウサギラン、Leporella fimbriata (Lindl.) ASGeorge が生息しています。花が咲くと、花の唇が地元の雌アリの姿を模倣し、交尾飛行中の羽のある雄アリを引き寄せて交尾させます。オスアリの偽交尾の過程で、小さなウサギランが受粉を完了するのを助けます。

受粉を実現するために、ウサギランと雄アリの地理的分布、ウサギランの開花期と雄アリの婚姻飛行期が一致するように進化してきました。ラビットランは開花期に特定のフェロモンを放出し、羽のある雄アリを引き付けるために独特の花の形も進化させています。両者の協調的な進化により、このような古典的なアリの受粉方法が生まれました。

小さなウサギの蘭

(画像提供: Seeds of South Australia)

オーストラリアにも分布する別のラン、Microtis parviflora R.Br. は、地元の羽のない働きアリが効果的な花粉媒介者であり、おそらくこれが唯一の花粉媒介者です。

おそらく、受粉の過程でアリ自身が分泌する抗生物質が花粉の生存率を大幅に低下させるのでしょう。そのため、これらのアリがランの花粉を運ぶとき、アリの体は短い柄によって花粉とつながっており、抗生物質を分泌するアリの胸腺と花粉が直接接触するのを防ぎ、受粉を確実に成功させます。

アリによるアリウム属の受粉

P: 花粉; St: 短い茎; V: 粘着ディスク

（画像出典：参考文献8）

中国の研究者らは、高山ツバメの巣ラン（Neotia listeroides Lindl）の主な花粉媒介者はアリであることを発見した。そして斑入りのラン、Neotia puberula var. maculata (Tang & FTWang) SCChen、SWGale & PJCribb。

ミツバチは花の蜜を吸うときに頭を動かして花粉球にくっつけ、花の受粉を助けます。興味深いことに、アリが花粉団子にくっつくと、花の吻部（ランの花柱の前面にある舌状の突起）がすぐに下がって柱頭を覆い、数時間後に再び持ち上がり、花粉が自身の柱頭で受粉するのを効果的に防ぎ、自家受粉を回避します。

高山ツバメの巣ラン

(写真提供：RangerLantern ワン・ハンチェン)

アリも受粉を手伝いますが、高黎公山に生育する Cleisocentron malipoense (ZJLiu & LJChen) R.Rice は、高山ツバメの巣蘭や斑入り葉蘭とは異なります。樹上性アリの助けにより、新奇ランでは他家受粉はほとんど起こらず、主に同じ植物での自家受粉または他家受粉に依存しています。

シン・キラン

(画像出典: OrchidRoots)

アリ自身の分泌物が花粉の活力を低下させるというのは議論の余地のない事実です。アリは生活活動の過程で、体内の特殊な腺から抗生物質を分泌します。これらの抗生物質は、菌類（キノコ類）の栽培時に、菌類自身の傷を治療したり、菌類や病原菌などの植物病の発生を抑制したりするために使用することができます。しかし、それらは花粉粒を破壊し、受粉の失敗を引き起こします。

アリとハチはタバコ属の受粉をします

（画像出典：参考文献4）

しかし、長い共進化の期間を経て、オーストラリアに生息するConospermum属植物の花粉はアリの抗生物質によるダメージに効果的に抵抗することができ、アリと地元のミツバチが一緒に受粉に参加できるようにし、アリとの互恵的な共生受粉関係を確立し、さらに受粉率を確保しています。

アリを観察する少女

（写真提供：veerフォトギャラリー）

要約する

アリは小さいですが、自然界では重要な生物群であり、生態系において非常に重要な役割を果たしています。アリ、植物、その他の生物間の相互作用については、私たちが発見し、探求する必要がある未解決の謎がまだたくさんあります。自然に親しんで、身の回りの植物や木々に近づき、自然のあらゆるものを発見の目で見て、自然の美しさと魔法を探求しましょう。

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