イナゴの被害を「食べる」ことで解決したいですか?残念ながら、彼らはすでに予測している

制作：中国科学普及協会

著者: シャオ・シャオボ (生物学博士)

プロデューサー: 中国科学博覧会

誰もがイナゴの被害についてある程度理解しているかもしれません。大量の渡りバッタが集まって巨大な集団を形成し、餌を探したり、生息地を見つけたり、配偶者を選んだりするのに役立っています。イナゴの被害は非常に有害です。一度大規模なイナゴの大量発生が起こると、イナゴが通る場所には草が生えなくなります。

しかし、このような大規模な集まりは、必然的に天敵の注意を引き、捕食される危険性が高まります。では、なぜ大量のイナゴがさまざまな捕食動物の「餌食」となり、集まった後に駆除されないのでしょうか?イナゴは天敵に捕食されるのを避けるためにどのような戦略を採用するのでしょうか?

イナゴの大発生

（写真提供：veerフォトギャラリー）

中国科学院動物研究所の康楽院士率いる研究チームは、これについて徹底的な研究を行い、イナゴのコロニー防衛の謎を解明した。

ローカストチームは会議を開き、会議後にベストを交換した。

集まった後、イナゴは元々の単独行動から群がる行動に変化し、長い時間をかけて進化してきた防御戦略とともに、体も変化し始めます。見た目で一番わかりやすい変化はボディカラーの変化です。イナゴは群れをなす前は、緑色の体色を自然の保護色として使い、天敵に露出されて捕食されることを避けるために周囲の植物に隠れて「目立たない」生活を送っています。

群れが発生すると、多数の個体が集まるため、以前のように隠れることが難しくなり、バッタの体色は次第に黒褐色に変化します。このような目立つ体の色を警告色といいます。

（トノサマバッタの体色変化の詳細については、「イナゴ：ベストを変えたのに、何で私だと分からないの？」の記事をご覧ください。）

http://www.kepu.net.cn/kpqykj/all/2022/202211/t20221130_503347.html）

単独性および群生性のイナゴ

（画像出典：参考文献）

イナゴ：臭いんだ、みんな僕から離れろ！

研究チームは、体の色の違いに加え、イナゴの匂いの違いも発見した。単独生活のイナゴと比べると、群生するイナゴはベンジルニトリルと呼ばれる揮発性物質を特に放出します。ベンジルニトリルは刺激臭があり、過剰に吸入するとめまいや嘔吐などの副作用を引き起こす可能性があります。この揮発性物質は、人口密度の変化に非常に敏感に反応します。人口密度が高くなるほど、ベンジルニトリルの生産量も増加します。ベンジルシアン化物は、生物のフェニルアラニン代謝経路における中間生成物であり、最終的には非常に毒性の高い化合物であるシアン化水素酸を合成します。

これを踏まえて研究チームは、群生するイナゴが揮発させるベンジルシアン化物は嗅覚警告化合物である可能性があり、これがさらに合成されて捕食者から身を守るための毒物である青酸になる可能性があるという科学的仮説を提唱した。

この科学的仮説を検証するために、研究チームはまずイナゴがフェニルアセトニトリルを合成する仕組みを調査した。フェニルアセトニトリルの前駆体化合物であるフェニルアセトアルデヒドオキシムを生成できるのは群生するイナゴのみであり、それが表皮にのみ存在することが判明しました。単独のイナゴはそれを生産できません。フェニルアセトニトリルの生合成には、シトクロム P450 ファミリーの遺伝子が関与することが多い。単独移動性バッタにおけるさまざまなP450遺伝子のスクリーニングと機能検証を通じて、CYP305M2という遺伝子がフェニルアセトニトリルの合成の鍵となる酵素であることが証明されました。

この遺伝子の発現は、個体群密度が増加するにつれて増加します。単独移動性バッタにおけるこの遺伝子の発現の欠如は、単独移動性バッタにおけるフェニルアセトニトリルおよびその前駆化合物であるフェニルアセトアルデヒドオキシムの合成を阻害します。同時に、同位体標識フェニルアラニンとフェニルアセトアルデヒドオキシムを使用した薬物動態研究により、CYP305M2 がフェニルアラニン代謝経路の最初のステップを触媒する律速酵素であることが確認されました。群生するイナゴの間でこの遺伝子の発現が異なるため、群生するイナゴだけがフェニルアセトニトリルを生成します。

したがって、捕食者が群れで生息するイナゴを攻撃したい場合、まず不快な臭いを克服する必要があります。

シジュウカラ：匂いが嫌いです

ベンジルシアニドが集団防衛における嗅覚警告の役割を果たしていることをさらに証明するために、研究チームはイナゴの天敵捕食者であるシジュウカラを使って、両者の相互作用研究を行った。選択肢を与えられた場合、シジュウカラは群がるイナゴよりも単独でいるイナゴを好み、食べることが分かりました。ベンズアセトニトリルを単独行動するイナゴに人工的に散布したところ、シジュウカラはベンズアセトニトリルを散布された単独行動するイナゴを攻撃して餌を食べることを拒否することが判明した。

逆に、RNA干渉技術によってCYP305M2の発現をノックダウンすると、群生するイナゴは他の化学的特徴や体色の特性に影響を与えることなく、フェニルアセトニトリルを生成できなくなるため、手術後の群生するイナゴはシジュウカラに頻繁に襲われ、優先的に食べられるようになります。したがって、この結果は、群生するイナゴによって生成されるフェニルアセトニトリルが鳥の捕食を減らし、集団防衛における嗅覚警告信号として機能していることを示唆している。

フェニルアラニンからのフェニルアセトニトリルと青酸の合成と単独移動性イナゴに対する鳥類捕食者の反応

（画像出典：参考文献）

イナゴ: 私に手を出すなよ、さもないと毒を盛ってやるからな!

前述のように、ベンジルシアン化物は動物界で一般的な毒素である青酸の化学的前駆物質です。群生するイナゴに対するフェネチルの抑止効果が、ベンジルシアン化物が猛毒の青酸に変化することによるものかどうかを判断するために、研究チームはイナゴに対して青酸テストを実施し、単独行動するイナゴと邪魔されていない群生するイナゴに放出された青酸の濃度が比較的低いことを発見した。

しかし、シジュウカラの攻撃を受けた群生するイナゴは、攻撃を受けていない群生するイナゴよりも11倍多くの青酸を放出した。同時に、孤独なイナゴに人工的にフェニルアセトニトリルを補充したところ、撹乱された孤独なイナゴはシアン化水素も放出しました。要約すると、群生するイナゴが鳥に襲われたり、邪魔されたりすると、フェニルアセトニトリルは毒性の強い青酸に変換される可能性があり、イナゴはフェニルアセトニトリルを使って捕食者に無謀な行動を取らないよう警告できることを示しています。

この研究は、トノサマバッタの集団防御機構を完全に説明しています。大量のイナゴの体は黒褐色の警告色に変わります。同時に、群生するイナゴは、毒の前駆物質であり、嗅覚による警告信号として機能する、不快な臭いのベンジルシアン化物を放出します。イナゴは攻撃を受けると、フェニルアセトニトリルを猛毒の青酸に変換し、捕食者から効果的に身を守ります。

イナゴは捕食者に対してこの群れ防御機構を使用するため、大量発生時にイナゴを全滅させるほどの捕食者がいないのもそのためです。

イナゴの被害に対処するために食べ物に頼りたいという願いは、確かに実現が難しいようです。

編集者：孫晨宇

参考文献:

【1】J. Wei et al.、イナゴのフェニルアセトニトリルは嗅覚警告信号およびシアン化物前駆物質として作用し、捕食者に対する防御を促進する。科学。上級5、eaav5495（2019）。