体がドロドロに溶けてしまう蛹の状態のとき虫の「共生細菌」はどうなっているのか？
ヒトの体内には、数えきれないほどの「共生細菌」が住み着いており、健康面で大きな役割を果たしています。
それは昆虫も同じです。
しかし、昆虫の中には、私たちのように単に大きくなるのではなく、「幼虫→蛹→成虫」と体を極端に変態させる種がいます。
とくに、蛹の段になると、体が一度ドロドロに溶けてしまいます。
とすると、幼虫に住み着いていた共生細菌はどうなるのでしょう？
幼虫と一緒に溶けてしまうのでしょうか？
独ヨハネス・グーテンベルク大学マインツ（JGU）を中心とする国際研究チームは、この謎を解くために、ゴミムシダマシ科の甲虫「ラグリア・ビロサ（Lagria villosa）」の変態プロセスを詳しく観察。
その結果、驚くべき事実がわかったという。
なんと本種の幼虫は、背中に共生細菌をかくまうための”ポケット”を持っており、蛹の間も、その中で細菌を保護していたのです。
研究の詳細は、2022年8月30日付で科学雑誌『Frontiers in Physiology』に掲載されています。
目次
- 背中のポケットで「共生細菌」を匿う
背中のポケットで「共生細菌」を匿う
ラグリア・ビロサ（以下、L. ビロサ）には、多種多様な細菌が共生していますが、中でも「バークホルデリア（Burkholderia ）属」の細菌は、繁殖の成功にとって絶対に欠かせません。
L. ビロサの卵や幼虫は、感染症に対して脆弱です。
そこでメスの母親は、卵巣近くの腺からバークホルデリアを放出して、産んだばかりの卵に塗りつけます。
バークホルデリアは、抗菌作用を持つポリケチド化合物を生成するため、卵や幼虫の感染症を防いでくれるのです。
ところが、その共生関係が進むうちに、バークホルデリアは、L. ビロサの中で安楽な生活を送ることに慣れてしまい、自発的に動く能力を失ってしまったのです。
運動するための遺伝子や細胞構造も今ではほとんど失われており、自らの生存もL. ビロサに依存しています。
そこで研究チームは、動けなくなったバークホルデリアが、L. ビロサの変態中にどのような運命をたどるのかを追跡しました。
まず、母親によって卵に塗布されたバークホルデリアは、約6日の間、卵の表面に露出したまま、卵にとって有害なバクテリアや菌類を撃退し続けます。
そして、幼虫が孵化すると、バークホルデリアは、幼虫の背中にある3つのヒダの中に集められるのです。
ヒダはまるでポケットのように機能し、バークホルデリアを保護していました。
また、研究者によると、ヒダにある腺細胞の分泌物がバークホルデリアの栄養源になっているといいます。
さらに、この背中のポケットは、幼虫が蛹に変態する中でも維持されていました。
蛹化する過程で、外皮がどんどん固くなるのですが、ヒダの形は残され、その中にバークホルデリアも匿われていたのです。
このとき、蛹の中身からバークホルデリアは検出されなかったため、体内には移動していないことが確認されています。
その後、L. ビロサは成虫として羽化を開始しますが、不思議なことに、ヒダ中のバークホルデリアは、成虫の腹部先端（生殖器部分）にそっくりそのまま移動していたのです。
チームはこれを検証すべく、バークホルデリアと同サイズ（幅1.0μm）のポリスチレン製蛍光ビーズを発育中の蛹に付着させ、脱皮時の移動プロセスを可視化しました。
すると、ほとんどのビーズが、蛹の脱皮線に沿って後方に移動し、最終的には、成虫の腹部先端に集まったのです。
しかし、これと並行して、興味深い事実も発見されました。
それは、ここまで述べてきた変態中のバークホルデリアの保護と移動が、メスでしか見られなかったことです。
そもそも幼虫の段階で、背中のヒダの大きさがオスでは小さく、バークホルデリアの数もメスよりずっと少なくなっていました。
さらに、その傾向は蛹の段階でより顕著になり、オスの蛹には、もはやヒダのポケット部分がほぼなくなり、バークホルデリアも激減していたのです。
こちらの図を見れば、それがよくわかります。
研究者いわく、これはバークホルデリアが主に、卵を感染症から守ることに特化しているからです。
考えてみれば、バークホルデリアが背中のポケットに入った時点で、幼虫や蛹の健康維持のためにはほとんど働かなくなります。
次にバークホルデリアが必要となるのは、メス親が卵に塗布するときです。
これを踏まえると、なぜバークホルデリアがオスで少なく、メスで多いのかが理解できるでしょう。
研究主任の一人で、コペンハーゲン大学（University of Copenhagen）のラウラ・フローレス（Laura Flórez）氏は「成虫の段階でバークホルデリアを保持しておく目的は、次の世代への受け渡しを成功させるためでしょう」と説明します。
また、ヨハネス・グーテンベルク大学マインツのレベッカ・ヤンケ（Rebekka Janke）氏は「バークホルデリアの生物学的な重要性が、宿主をして、変態時に細菌を保護するための構造（ポケット）を進化させた可能性が高い」と述べています。
共生細菌は、子孫繁栄を願って受け継がれる”贈りもの”だったようです。
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参考文献
Beetles Have A Clever Way to Keep Symbiotes Safe During Their Metamorphic Contortions
https://www.sciencealert.com/beetles-have-a-clever-way-to-keep-symbiotes-safe-during-their-metamorphic-contortions
Beetles rely on unique ‘back pockets’to keep bacterial symbionts safe during metamorphosis
https://phys.org/news/2022-08-beetles-unique-pockets-bacterial-symbionts.html
元論文
Morphological adaptation for ectosymbiont maintenance and transmission during metamorphosis in Lagria beetles
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.979200/full
ライター
大石航樹: 愛媛県生まれ。大学で福岡に移り、大学院ではフランス哲学を学びました。 他に、生物学や歴史学が好きで、本サイトでは主に、動植物や歴史・考古学系の記事を担当しています。 趣味は映画鑑賞で、月に30〜40本観ることも。
編集者
ナゾロジー 編集部