「起業」の初期段階で、若いアリが感染すると、女王アリはどのような行動を取るのでしょうか。 2つの現象が観察された

制作：中国科学普及協会

著者: 地球の重力

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。

アリは群れで一緒に生活し、群れの中で明確な役割分担をしている社会性昆虫です。一般的に、アリは女王アリ、働きアリ、兵隊アリ、雄アリなどに分けられます。

女王アリは生産を担当し、働きアリは食料の収集と女王アリと若いアリの世話を担当し、兵隊アリはアリの巣を守る責任があり、雄アリは女王アリと交尾する責任のみを負います。時には、アリの大きさによってこの分業を直接識別できることもあります。

ハキリアリ（左の7匹）と女王アリ（右の2匹）の階級別の働きアリ

(画像出典: Wikipedia)

しかし、これらは成熟した大きなアリのコロニーでのみ見られる光景です。では、アリのコロニーはどのようにして最初に形成されるのでしょうか?

「あなたはアリとしてスタートし、装備をすべて拾わなければなりません」

アリのコロニーが最初に確立されると、多くの場合、非常に困難なスタートを経験します (「犬が 1 匹しかいないのに、すべての装備を持ち上げなければならない」のと同様)。多くの場合、女王アリが新しいエリアに移動し、定住、狩り、産卵、孵化の長いプロセスを経て、コロニー内のアリはゆっくりと十分に安全なレベルまで成長します。この期間中、狩猟されたり、十分な食料が集まらなかったり、病原体に感染したりして、動物が殺される可能性があります。したがって、全体として、アリのコロニーがうまく足場を築くことができる可能性はまだ比較的低いです。

アリのコロニーの完全な破壊につながるこれらの要因の中で、病原体（特に感染性病原体）による感染は特に重要です。感染の初期段階では検出が難しいことが多く、後期段階ではすべてが手遅れになるからです。

成熟したアリのコロニーでは、十分な数のアリが存在するため、次のようなさまざまな方法で病原体の拡散を防ぐことができます。

（i）回避：汚染された場所を積極的に避け、巣の入り口を閉じ、汚染された個体が巣に入ることを拒否する。

（ii）積極的な清掃：お互いの体を清掃し、死んだ個体を隔離エリアに移動させることにより、巣内の細菌を積極的に清掃します。

しかし、新しく生まれたアリのコロニーでは、「アリの力」のリソースが限られているため、上記の条件が満たされないことがよくあります。そのため、科学者たちは、初期段階にあるこのアリのコロニーの防疫方法について非常に興味を持っています。最近、科学者たちは特別な観察と実験を行った。

若いアリが感染した場合、女王アリはどうすればよいですか?

観察と実験を通じて、女王アリにとって病気を防ぐ最も効果的な方法は、感染した幼虫やアリの卵を食べ、その栄養分を再利用してきれいなアリの卵を生産することであることがわかりました。

実験では、黒アリ（Lasius niger）と緑イモムシ（Metarhizium）が使用されました。中でもクロアリは世界中に分布するアリの一種で、そのアリのコロニーには女王アリが1匹しかいません。毎年秋頃になると、女王アリは交尾飛行を終えて単独で巣を作ります（通常は湿った土に穴を掘ります）。掘り終わった後、女王アリは入り口を塞ぎ、卵を産み始めます（卵を産んだ後は体の大きさが50％小さくなることがあります）。

この写真は、婚姻飛行を終えた黒毛アリの女王の様子です。彼女はまだ翼を持っています。その後、彼女は羽を食べ、より多くの有機物を蓄積しようとします。

(画像出典: Wikipedia)

最初の卵が孵化して最初の働きアリになるまでには数週間かかります。これらの働きアリは小さいですが、極めて重要です。生まれるとすぐに女王アリのために餌を探し始めます。これらの働きアリが死ぬと、空腹の女王アリも死んでしまいます。

グリーンマスカルディンは土壌中によく見られる菌類です。多くの昆虫の表面に寄生します。胞子が発芽した後に現れる菌糸は昆虫の表面を貫通し、昆虫の体内に入り込んで成長します。昆虫は感染後数日以内に死にます。死後、昆虫の体は緑色の胞子の層で覆われます。この菌に感染する昆虫にはシロアリ、イナゴなどの害虫が含まれるため、害虫駆除用の生物農薬の製造によく使用されます。

メタライジウム・アニソプリエに感染したゴキブリの死骸

(画像出典: Wikipedia)

実験グループでは、科学者たちはまず黒アリが自然に最初の幼虫を産むことを許可した。次に、メタライジウム・マスカルディンに自然に感染したクロアリからこの菌株を抽出し、幼虫のうち5匹にこの菌株を感染させた。その後、幼虫は24時間隔離された。これは、菌株が成長して致死的になるが感染力を持たないようになるのにちょうど十分な時間である。最後に、感染した幼虫 5 匹をアリの巣に戻し、女王アリの反応を観察します。

対照群では、5匹の幼虫が選択され、感染を除いて同じ操作が行われました。幼虫をアリの巣に戻した後、同様に女王アリの反応を観察します。

実験群では、女王アリの 92% が感染した幼虫を残留物なしで食べることを選択したことが観察されました。対照群では、女王蜂のわずか6%が幼虫を食べました。

対照群が示したように、通常の状況下では、女王アリは栄養分をリサイクルするために死んだ幼虫の死骸を食べることもよくある。そこで、女王アリが幼虫を食べたのが、幼虫が細菌に感染していたからなのか、それとも単に幼虫が死んだからなのかを判断するために、科学者らはさらに、（1）感染した幼虫、（2）凍死した非感染幼虫、（3）対照群として非感染の通常の幼虫を女王アリに与えた。結果は、感染した幼虫が他の2つのグループの幼虫よりも高い割合で食べられたことを示しました。

感染した幼虫は女王蜂に食べられる可能性が高くなる

（画像出典：参考資料2）

科学者たちは、女王蜂は幼虫が感染しているかどうかを感知する何らかの方法を持っているのではないかと考えている。これは人間が体温を測って病気かどうかを検知するのと似ていますが、女王アリは体温に頼っていません。むしろ、幼虫が感染した後、その表皮が何らかの独特な変化を起こしたり、特定の化合物を生成したりする可能性があります。女王アリはこれらの変化を利用して、幼虫が感染しているかどうかを検出します。

実験終了時、感染した幼虫を食べた女王アリの生存率は他の2つのグループの女王アリと同程度であり、女王アリによる防疫方法が効果的であることが示された。

女王アリは感染した幼虫を飲み込んでもなぜ感染しないのでしょうか?

しかし、女王アリは感染した幼虫を飲み込んだ後もなぜ感染しないのでしょうか?

理論上は、感染した幼虫を食べると、女王アリはその菌株を胃の中に直接飲み込み、その菌株が女王アリの体内で直接増殖することになる。科学者たちは、女王蜂が自分の毒腺を梳き梳いているのを観察していたことから、女王蜂が自分の酸性の毒を摂取して体内の菌株を殺しているのではないかと推測した。

女王アリが感染した幼虫を食べる理由をさらに理解するため、科学者らは女王アリが感染した幼虫を検知して食べることができない状況もシミュレートした。つまり、感染後期から感染段階の終わりまでの幼虫と対照幼虫を女王アリに与えたのだ。

感染段階の終わりには、菌類は幼虫の栄養分を消費し、大量の胞子を生成する段階に入り、数百または数千の小さな新しい感染性胞子子実体を生成します。

科学者たちは、女王アリが子実体を形成している幼虫の体に抗菌毒を噴射しようとすることを観察しており、これは非常に積極的な予防策である。しかし、それにもかかわらず、女王アリが体内の毒を摂取した後も子実体を排除できない場合、女王アリ自身が細菌に感染して死んでしまいます。実験の結果、女王アリの約80％が死亡した。たとえ数匹の女王アリが生き残ったとしても、その幼虫は次々と感染して死んでいきます。

研究によると、女王アリの「起業家精神」の思考は効果的である

さらなる実験で、科学者らは、感染した幼虫を食べた女王アリは、感染した幼虫を食べなかった女王アリよりも、その後の産卵で55％多くの卵を産んだことを発見した。

そのため、科学者たちは、「感染した幼虫を食べる」というこの習慣は、感染症の制御に効果的であるだけでなく、生存戦略の一部でもあると考えています。なぜなら、「起業」の初期段階では、すべての幼虫が重要であり、孵化後に生み出される働きアリの数によって、最初にアリの巣が収集するリソースの量が決まるためです。働きアリの数が多いほど、集める食料が多くなり、産む卵の数も多くなり、その後に生み出される働きアリの数も増え、自然にアリの巣の生存率も高くなります。

参考文献:

1.Cremer S、Pull CD、Fürst M A. 社会的免疫：コロニーレベルの疾病防御の出現と進化[J]。昆虫学年次レビュー、2018年、63(1):105-123。

2.Bizzell F、Pull C D. アリの女王は、病気の拡散を抑え、栄養素をリサイクルするために、感染した幼虫を共食いする[J]。カレントバイオロジー、2024、34(18):R848-R849。