昆虫の暗黒化への道：イナゴは群れを成すとなぜ気質が劇的に変化するのか？

イナゴは世界的に大きな農業害虫の一つであり、農業生産や生態環境に壊滅的な被害をもたらすことが多い。 2020年の国連食糧農業機関のウェブサイトの情報によると、その時点で25年で最悪のサバクトビバッタの被害がアフリカとアジアの20か国以上を襲い、被害地域は世界全体で1600万平方キロメートルを超え、約1900万人の地元住民の食糧安全保障を直接脅かしていた。 2023年2月、イナゴの大発生が再びこの地域を襲い、大きな被害をもたらしました。トノサマバッタによる被害は古代から存在しています。紀元前707年から1935年まで、我が国では800回以上のイナゴの大発生が明確に記録されています。平均すると、2～3年ごとに地域的な災害が発生し、5～7年ごとに中国全土を襲う大規模なイナゴの被害が発生しました。

孤独なイナゴは、全体が緑色で、草の中に隠れています。オスとメスが交尾するときのみ接触します。それ以外の場合、ほとんどの場合、それは「ローンレンジャー」です。飛行能力が弱く、活動範囲も比較的狭く、基本的に破壊的ではありません。実際、イナゴの大量発生は、移動性イナゴが低密度の単独型から高密度の群生型に変化した場合にのみ発生します。

散らばっていたイナゴが群れを成すと、その姿や性格は劇的に変化します。イナゴの大群は数時間以内に体色が緑から暗褐色に変わり、背中は黒くなり、腹部は茶色に変わります。イナゴが大量発生した地域では、移動するイナゴの大群を頻繁に目にすることができます。社会性イナゴは、高密度、旺盛な食欲、強力な飛行能力が特徴です。 1キロメートルの範囲のイナゴの大群には、8000万匹の成虫のイナゴが含まれることがあります。これらのイナゴは驚くほど食欲が旺盛で、毎日500トンもの食料を食べることができます。これは35,000人分の食糧配給量に相当します。社会性イナゴは飛行能力が非常に強く、数百キロ、数千キロも飛ぶことができるため、ひとたび群れが形成されると、被害の程度と範囲は非常に大きくなります。

では、イナゴはどのようにして単独行動型から群生型に変化するのでしょうか?トノサマバッタの変態のメカニズムは、常に国際的な昆虫学界から大きな注目を集めている主要な科学的課題の一つです。中国科学院動物学研究所の康楽院士率いるチームは、この問題を解決するために20年以上にわたって徹底的な研究を行ってきた。康楽院士が主導した「トビイナゴの変態の分子制御機構」に関する研究成果が、2017年に国家自然科学賞二等賞を受賞した。

イナゴの大量発生を予防・抑制する方法や薬剤を見つけるには、昆虫のコロニーを誘発するメカニズムを徹底的に研究することが最も基本的なアプローチです。康楽院士のチームは長年の研究を通じて、遺伝子チップや小型RNA技術などの新しい技術と方法を開発し、単独性および群生性のイナゴの遺伝子発現レベル、エピジェネティック制御、トランスクリプトーム、メタボロームの包括的な比較分析を実施しました。彼らは、イナゴの形態変化のプロセスには、複数の遺伝子と複数のレベルを持つ複雑な制御ネットワークが関与しており、それが最終的に、単独行動のイナゴと群生行動のイナゴの行動、移動、体色、生殖、発達、防御、摂食における顕著な表現型の違いにつながることを発見した。

ここでの第一かつ最も重要な研究は、2 種類の移動性イナゴ (単独性および群生性) 間の表現型の変化がどのように開始され、維持されるかを理解することです。カン・レ氏のチームは、イナゴの突然変異の開始は匂いから始まることを発見した。嗅覚に関連する 2 種類の化学的な匂い受容遺伝子は、イナゴの嗅覚の感度を調節することでイナゴの集合を引き起こします。これらの嗅覚関連遺伝子を制御する物質を見つけることで、環境に優しいイナゴ生物農薬を選別することができます。一連の研究により、イナゴの群れの発生にはドーパミン、アセチルカルニチンなどのさまざまな化学物質も関与していることが示されています。その中でも、ドーパミンはイナゴの群れの発生を制御する重要な因子です。群生するイナゴのドーパミン発現は著しく増加し、一連の中枢神経信号経路を調節します。これは、イナゴの体のさまざまな部分に通知することと同等です。自分の位置を取り、変形を開始してください。

イナゴの大群の長距離移動がイナゴの大発生の主な原因です。イナゴの大群は長距離を移動することで十分な食料を獲得し、卵を産むのに適した場所を見つけることができ、それがコロニーの生存と子孫の繁殖につながります。しかし、長距離の移動には多大なエネルギーを消費します。群生するイナゴは、たくさん食べるだけでなく、エネルギー利用効率の点でも単独行動するイナゴより優れています。カン・レ氏の研究チームは、群生するイナゴは長距離飛行に適した「長距離走者」であるのに対し、単独行動するイナゴは天敵を避けるために短距離ジャンプするのに適した「短距離走者」であることを発見した。いくつかの神経ペプチドは、群生するイナゴの飛行能力を向上させる上で重要な役割を果たします。例えば、エステル動員ホルモン関連神経ペプチドはエステルの酸化と利用に関与しており、長距離飛行における効率的なエネルギー利用の問題を解決します。

イナゴの変態における体色の黒化も非常に興味深い研究です。研究者たちは、体色の変化は実は群生するイナゴの集団防衛機構であることを発見した。単独で行動するイナゴは草むらで身を守るために緑色をしているが、群れて行動するイナゴは歩き回ることに慣れているため、カモフラージュしたり隠れたりする必要がない。したがって、緑色はもはや保護的な意味を持ちません。群生するイナゴは「黒く」なり、体内に有毒物質を分泌します。黒と茶色の体の色は警告色でもあり、これは天敵に対して「私を食べないで、有毒です！」という警告信号を送ることを目的としています。

イナゴはなぜ「黒く」なるのでしょうか?以前は、メラニンの沈着が原因だと一般的に推測されていました。カン・レ氏のチームが、黒や茶色の体色はメラニンの増加によるものではなく、イナゴの密度が増すと、イナゴの多くの遺伝子の発現レベルがそれに応じて変化することを発見したのは2019年になってからだった。 β-カロテン結合タンパク質を合成する遺伝子の1つが大幅に増加します。多量のβ-カロチン結合タンパク質がβ-カロチンと結合して赤色色素を形成し、それがイナゴの体内の緑色物質と混ざって黒色になります。イナゴの体内には天然の「パレット」があることが判明しました。

これらの研究は国際的な同業者から高く評価されており、過去 10 年間でこの分野における最も有望な画期的な研究であると考えられています。これらは、変化する環境に対する生物の反応と適応性を理解する上で非常に重要であるだけでなく、イナゴの大量発生の予防と制御のための一連の新しいアイデアと解決策も提供します。

（文：中関村国科現代農業産業科学技術イノベーション研究所研究司書 唐波。専門家：蘭州大学生態学学院研究員 趙旭茂）

中国科学技術協会科学普及部

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