渡りバッタ：マラソンを走れるだけでなく、100メートル走も大好き

2020年初頭に起きた世界的なイナゴの大量発生を覚えていますか?人類と新型コロナウイルスとの戦いの始まりに、サバクトビバッタによるバッタの大発生が東アフリカから紅海を静かに渡り、ヨーロッパ、アジアに入り、パキスタン、インドに到達した。

その1000マイルの旅は通過した国々にパニックをもたらし、侵入したイナゴが我が国の食糧安全保障を脅かすのではないかと多くの人々が心配しました。

熱帯および亜熱帯の砂漠に生息するサバクトビバッタは我が国に危害をもたらすことはないが、その「同族」である渡りバッタは我が国の歴史上、多くのイナゴの被害を引き起こし、人々の生活を困難にしてきた。

イナゴの大群がマラソンのように長距離を移動することがイナゴの大発生の主な原因です。単独行動をするイナゴはめったにこのようなことはせず、短距離の移動を好みます。

イナゴはなぜ個体密度に応じて飛行戦略を調整するのでしょうか?

さて、答えは出ました。中国科学院院士および中国科学院北京生命科学研究所の康楽氏が率いる研究チームは、1月4日に米国科学アカデミー紀要に発表した研究で、イナゴの個体密度が飛翔戦略に及ぼす影響の理由を明らかにし、動物の飛翔適応行動の研究に新たな視点を提供した。

飛んでいるイナゴ。写真提供：中国科学院北京生命科学研究所

「一緒に」いれば遠くまで飛べる

多くの動物は長距離移動の達人であり、それは動物の生存と繁殖にとって重要です。

鳥は悪天候を避け、適切な繁殖地を見つけるために渡りをします。北米のオオカバマダラは世界で唯一の渡り蝶であり、その渡りの旅は最大 4,800 キロメートルに及びます。

イナゴの大群の移動はそれほどロマンチックではない。1平方キロメートルの群れが1日で35,000人の食糧を食い尽くす可能性がある。

イナゴの大群が地域を通過すると、すべての植物が破壊され、深刻な経済的損失を引き起こし、食糧不足や飢餓につながることもあります。イナゴの大発生、干ばつ、洪水は我が国の歴史における三大自然災害として知られています。

過去2000年間で、大規模なイナゴの大量発生は800回以上発生している。

「イナゴの大発生が起こると、大規模で高密度の群生するイナゴが一世代で集まり、2,000キロ以上飛ぶことがあり、一回の飛行時間は最長10時間以上になる」と康楽氏は中国科学日報のインタビューで語った。

実際、イナゴが「群れをなして集まる」かどうかは、その飛行距離に大きな影響を与えます。イナゴの密度が非常に低い場合、散発的に単独行動するイナゴは長距離を移動することはほとんどなく、交尾相手を探したり天敵を避けたりするときだけ短距離を飛ぶ。

同じ種類のイナゴでも個体密度が異なり、飛翔距離も大きく異なります。彼らは密度に応じて飛行戦略をどのように調整するのでしょうか?新たな研究で、カン・レ氏のチームは飛翔行動の分析を通じて、成長期のイナゴの個体群密度が成虫の飛翔特性を決定し、これらの特性の分化が群生型と単独型の生活特性とまさに一致していることを発見した。

「短距離走者」と「長距離走者」

イナゴにとって「群れをなさない」ということは、本当に飛べないということなのでしょうか？そうではありません。

新たな研究は、これまでの慣性的な考え方を一部覆し、低密度で単独行動するイナゴは飛ぶのが下手なのではなく、むしろ爆発力が強く飛行速度が速いものの持久力に欠け、「短距離走者」に似た飛行特性を示すことを明らかにした。

対照的に、高密度に群生するイナゴは、急速に飛び立つのではなく、低速で長時間連続して飛び続けるという、「長距離ランナー」に似た飛行特性を示します。

カン・レ氏の意見では、イナゴは目的に応じて行動戦略を決定することができ、この小さな昆虫が単純ではないことを示している。 「集団で生活するのは『マラソン』、分散して生活するのは『100メートル走』だ。」 「短距離走型」と「長距離走型」の飛翔特性を比較し、2種類のトノサマバッタの生活特性と完全に一致させた。

個体密度が高い場合、群生するイナゴは「長距離」飛行特性を活かして長時間・長距離飛行し、十分な餌と適切な産卵場所を見つけるために大規模な渡り鳥の群れを維持することができます。

散在して単独で生息するイナゴの「疾走」飛行特性は、繁殖のために地元に留まりたいので移動する必要がないため、交尾相手を見つけたり、天敵による捕食を素早く回避したりするのに役立ちます。

個体密度が増加すると、イナゴは移動の必要性に適応するために飛行特性を変えることができます。

「急げば急ぐほどスピードが落ちる」

なぜこんなに小さな昆虫が、これほど完璧な調節・変換機構を持っているのでしょうか?これまで科学者たちは、2種類のイナゴの飛行特性の違いは、異なるエネルギー物質の使用によって引き起こされると信じてきました。

カン・レ氏のチームは、強制飛翔処理とマルチオミックス分析を通じて、2種類のイナゴが使用するエネルギー物質の種類に明らかな違いはないことを発見した。

彼らの意見では、バッタの飛翔筋におけるエネルギー代謝プロセスの違いが、群生性のバッタと単独性のバッタの飛翔特性と能力の差異の主な理由である。

群生するイナゴと比較すると、単独行動するイナゴは静止時と飛翔時の両方でより高いエネルギー代謝パターンを示します。

エネルギー代謝関連遺伝子発現、呼吸代謝検出、RNA干渉、薬理機能検証のさらなる分析により、孤独性バッタの飛翔筋の高エネルギー代謝モードは飛翔に必要なエネルギーをより多く提供するが、飛翔中により多くの活性酸素が生成され、酸化ストレスの蓄積を引き起こし、長距離飛翔能力を阻害することが示された。

対照的に、群生するイナゴはエネルギー代謝が比較的低いため、長期間の飛行中に活性酸素の生成を抑え、飛翔筋の酸化ストレスバランスを維持することができます。

研究者らは、イナゴの個体密度を変化させることで、2種類のイナゴの飛翔特性、飛翔筋のエネルギー代謝に関連する遺伝子の発現、飛翔中の活性酸素の生成が反対方向に変化する可能性があることを発見した。

これは、イナゴが成長中に経験する個体群密度がこの飛行特性を形作っていることを明確に示しています。

では、なぜ個体密度の異なるイナゴの長距離飛行能力には明らかな違いがあるのでしょうか?これは両者のエネルギー貯蔵の違いによるものだと多くの人が考えています。

新たな研究により、群生するイナゴは単独行動するイナゴよりもトリグリセリド脂質の貯蔵量が多いものの、長距離飛行能力に大きな差があるにもかかわらず、飛行中にエネルギー貯蔵のためにトリグリセリドを消費しているという明らかな事実はないことが判明した。

これに基づいて、研究者らは、飛行能力のこの違いは、飛行筋のエネルギー代謝供給と安定した酸化ストレスのバランスによって決まるという仮説を提唱した。

「この研究の調査結果は非常に興味深い」とある査読者は述べた。

他の査読者も、この研究は行動、トランスクリプトミクス、メタボロミクス、タンパク質機能のデータを結び付けており、トノサマバッタの多型の研究に新たな視点を提供していると述べた。

著者らは、新たな研究によって、イナゴは飛翔筋のエネルギー代謝の可塑性と酸化ストレスの生成を通じて飛翔特性を変化させ、それによって将来の成虫の生活史戦略に適応していることが明らかになったと述べた。

飛行特性を変えるというこの適応戦略は、他の昆虫や動物にも存在する可能性があります。

同時に、その研究成果は、エネルギー代謝と長距離飛行能力の関係についての人々の認識を変え、イナゴの長距離飛行の研究に理論的根拠を提供し、動物の飛行適応戦略の研究に新たな視点を提供しました。 「つまり、速く飛ぶものは遠くまで飛べず、遠くまで飛ぶものは速く飛べないということです」とカン・レは言った。

関連論文情報:

https://doi.org/10.1073/pnas.2115753118

出典：中国科学日報（2022年1月5日、1面、原題：「集団生活のマラソン、分散生活の100メートルレース」）

著者: 馮立偉

編集者 |趙 陸

タイプセッティング |郭剛