I Want to Learn How to Think Beyond Academic Disciplines
Vol.12 2016.12.21 FUJIWARA Haruhiko
Deception and Disturbance by Colors: Mysteries of Mimicry by Insects
Among many other meanings of colors to living beings, many small animals that are prone to predation by others try to deceive their predators by disturbing them by colors and forms. This adaptive strategy is called “mimicry.” Insects exhibit an interesting variety of mimicry. The most common form is one where they blend themselves into leaves, trunks, soil, and rocks, etc. surrounding them. That is why very often insects' bodies are colored in green or brown.
On the other hand, there are also insects that store poison in their bodies or attack their predators in order to avoid predation. Such insects warn their predators of danger by striking colors like red or yellow as well as vivid patterns. Examples include bees, and ladybugs. Interestingly, some insects deceive their predators by mimicking the colors and forms of bees or ladybugs. The kind of mimicry where non-poisonous animals mimic poisonous ones to evade predation is called Batesian mimicry, named after its discoverer.
In this lecture, I will introduce to you various forms of insect mimicry, as well as molecular mechanisms and evolutionary organisms behind them.
- Instructor
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- FUJIWARA Haruhiko
- He is studying the evolution of the forms and the natures of insects and the way in which they adapt to environments. He is also studying the evolution of the genome in an original way for insects. His study focuses on: (1) The hereditary control unit of mimetic pattern of the caterpillar’s body surface such as the swallowtails’ and the silkworms’. (2) The formation of wings when caterpillars accomplish metamorphosis. The differential regulation by the peripheral hormones and activation mechanism of genes. The transposition unit and adaptation strategy of retrotransposon which uniquely inserts in telomere. The function and origin of telomere.
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今年最後の学術フロンティア講義は、先週に続き、藤原晴彦先生による「色によるだましと攪乱――昆虫の擬態の不思議」でした。ご自身の研究を含め、前回より深い専門的な知識を教えていただきました。
まず、先週の最後にも少し触れた、アゲハの幼虫がどのようにして、鳥の糞の擬態から葉の擬態へと変身するのかについての研究を説明してくださった。4齢と5齢で紋様が様変わりすることから、紋様と脱皮が深く関係している。脱皮の時期には、エクジソンと呼ばれる脱皮ホルモンが分泌され、古いクチクラ層が剥がれる仕組みになっている。ここで問題となるのは、3齢から4齢に脱皮するときは鳥の糞のままであるのに、4齢から5齢となったときは葉の擬態へと変じるのはなぜかという点である。これには、前から幼若ホルモンというものが関係しているといわれており、幼若ホルモンが4齢から5齢へと変化するときに分泌されなくなるため、5齢では葉の擬態となるという仮説があった。それに対して、藤原先生はふたつの実験を行って反証を試みた。ひとつは、4齢から5齢の間のさまざまな時期の幼虫にエジクソンを早めに投与するというものであった。二つ目の実験として、幼若ホルモンを4齢の幼虫に投与した。結果、幼若ホルモンは一気に分泌されなくなるのではなく、徐々に減少していくものであると、幼若ホルモンの濃度が5齢幼虫の紋様のパターンを決定していることがわかったという。ふたつの実験によって、藤原先生は通説を覆し、アゲハの幼虫の擬態が変化する謎を解いてみせたのであった。
共通テーマである色の話に戻り、アゲハの幼虫に、どのようにして色がつけられているかついて。昆虫の血液に含まれているフェニルアラニン→チロシン→ドーパ→ドーパミンという変遷をたどったのち、ドーパミンからは、ドーパミンメラニンという黒の色素や、ebonyがあった場合赤や黄の色素ができるという。ここで問題となるのは、どのようにしてその色素が特定の場所に色をつけ、幼虫の紋様を描いているかということである。これに対しては、ふたつの仮説が立てられる。一方は領域特異的な色素合成が行われているという仮説であり、もう一方は領域特異的な前駆体取り込みが行われているというものだ。この両仮説のいずれが正しいかは、5齢幼虫の黒い部分と赤い部分のふたつの部分において、どのような酵素が発現しているかを確認することによって、明らかになる。結果、赤い部分でのみebonyが確認されることや、黒い部分でのみ確認される酵素があることから、前者の仮説が正しいことが解った。また先週にもすこし触れられたアゲハの蛹の色の変化についても簡単に説明してくださった。アゲハの蛹は、足ですべすべした感覚やごつごつした感覚を感知することで、何色の蛹になるかを決めるということであった。決して、眼で色を見ているわけではない。
最後に、藤原先生がお話になったのは、雌だけが毒蝶に擬態するというベイツ型擬態の典型例・シロオビアゲハについてであった。藤原先生によると、ここで生じてくる疑問が、三つあるという。①どうしてメスだけが擬態をするのか。②野生の群れのなかにおいて、どうして二つの種類（擬態型と非擬態型）のメスが存在しつづけられたのか。③その羽の紋様を変えている遺伝子Hの正体とはなんなのか。特に③、一箇所に紋様形成に関与する複数の遺伝子が固まっている超遺伝子supergeneが関係しているのではないかという仮説が1930年代から提唱されていたが、その存在は証明されていなかった。
このシロオビに関する最近の研究では、連鎖解析という方法が用いられてきている。この連鎖解析を、ヘテロの型（Hh）を持つシロオビのメスに行ってみると、常染色体上に一箇所だけ配列が極端に異なっている部分が発見された。それは25番目の染色体であり、その染色体上では逆位が起っていた。この部分にあるのはdoublesex（Dsx）と呼ばれる遺伝子であるが、おそらくこの遺伝子がシロオビの擬態型と非擬態型の決定に関与していることが予想される。
この発見により、問い①の答えは、擬態型Hに由来するDsxは雌の翅でのみ発見し機能するからだ。なお、②の問いについては、逆位が起った染色体は組換えが抑制されるため、擬態型Hと非擬態型hの染色体の差が維持される結果となり、二種類のメスが今なお存在するという状況を発生させていると答えられる。また、③の問いについては、逆位の起きている部分の周辺には、転写調節を司っている部分などもあることが判明しており、このシロオビの紋様形成を行っているのは、今まで存在が証明されていなかったsupergeneであろうことも解ってきているという。
先週の講義後、多くの受講生から「擬態の発生メガニズムを知りたい」というコメントをいただきましたが、今週の講義を聞いてから、少しでもお分かりになったでしょうか？詳しく知りたい方は、藤原晴彦先生のご著書『似せてだます擬態の不思議な世界』（化学同人、2007）、『だましのテクニックの進化−−昆虫の擬態の不思議』（オーム社、2015）をご覧いただければと思います。
では、2017年1月11日の最終回を楽しみにしながら、良いお年をお迎えください。(朱芸綺)
comments(最新2件 / 37)
- 2016年12月21日 21:19 reply
これまでは、虫は小さく、単純にできた生物だと思っていたが、複雑かつ現代の科学であっても完全には説明出来ない原理によって、色の変化や擬態が起こっていると言う事実は驚くべきものであり、身近な物にも興味深い研究対象はたくさん存在するのだと、改めて気付かされた。そして技術の進歩の意味や、学融合の重要性を感じた。
- 2016年12月22日 13:46 reply
チョウの羽の色などについては興味深かったです。遺伝子自体に違いがあるというのは特に驚きで、どのようにそれが起こったのかの解明などは難しいとは思いますが気になりました。
- 2016年12月22日 15:12 reply
今回も昆虫の擬態についての話でした。幼少期に昆虫の擬態だとわからずに触って驚いた経験を思い出しながら聞いていました。やはり個人的にですが、昆虫の擬態の研究がどのように我々の日常生活に関わるのかが気になりました。
- 2016年12月22日 21:52 reply
話が理系よりで文系の私には少し難しく感じましたが、色との関連は理解出来たと思います。面白い観点から色の講義をしてくださってありがとうございました。
- 2016年12月23日 14:11 reply
今回の講義は前回より内容が高度になりちょっと難しかったです。
しかし、前回同様たくさんの写真付きの実例を見せていただき、少なからず理解の助けとなりました。ゲノムと擬態の関係、擬態が発生する条件等、難しくも楽しい講義でした。
- 2016年12月26日 09:04 reply
前回の授業を発展させて今回の授業では擬態の背景にある分子メカニズムや進化機構を知ることができた。この授業を通して、擬態に限らずなんでそうなるのかわからないものにもきちんと理由があって、進化というものは神秘的だなと感じました。
- 2016年12月26日 11:17 reply
アゲハ蝶を例として分子メカニズムなどの視点から擬態についてお話ししていただきましたが、文系の私にとっては難しい部分もあったものの純粋に生き抜くためのこのシステムに感動を覚えました。目に見える部分では単に色が変わったり模様が変わったりするだけですが、その裏にはあらゆる遺伝子が関与し複雑な仕組みを作り上げていることがわかりました。
- 2016年12月26日 12:35 reply
幼少期からの疑問であった生物の擬態の様子が解明された気分になった。生物の知識がやや必要な講義ではあったような気がするが、興味があるだけでも話をずっと聞いていることができた。
- 2016年12月26日 18:23 reply
前回に続いて、昆虫の体色などがどのように発現するのかなどを説明していただいた。最後の方は、遺伝子の特定のコードが昆虫の性質に寄与していることを、具体的な図解を交えて説明していただいた。全部を理解することは難しかったが、これまで知らなかった世界に興味を持つことができた。
- 2016年12月26日 18:32 reply
擬態が発現する仕組みについては、少し理解が追いつかない部分もあったが、無数にある遺伝情報のほんの小さな部分の変化だけで、擬態の現れ方が変わってくるということはわかった。ただ、遺伝情報が異なり、擬態の現れ方も全く違うのにもかかわらず、同じ種類に分類されているというのが、個人的には違和感があった。生物種というのはどのように分類されているのか興味がわいた。
- 2016年12月26日 19:38 reply
文系の自分からすると今回の講義の内容はとても難しく、全てを理解することができた自信は全くないが、昆虫の擬態のメカニズムという多数の人々の好奇心に訴えかけることのできるテーマ設定から、これほど深い教養と学問的知識を要請する研究に進展させることができるということに驚きを感じた。また、なるべく普遍的かつ多様な人への求心力のある論文等のテーマ設定をするのは良いことだと学んだ。
- 2016年12月26日 21:37 reply
今回の講義では、擬態についての話の中で、ゲノムや遺伝子の話が盛り込まれており、正直に言うとかなり難しい内容だった。しかし、豊富な図や表、グラフなどによって実験内容や結果を説明してくださり、なんとかついていくことができた。また、supergeneのように、虫にも未だ完全に存在を証明することができていないことがあるということもわかった。
- 2016年12月26日 22:23 reply
擬態の背景にあるメカニズムや遺伝子の影響について初めて知ることができ、面白かったです。写真がたくさんあることで、、見比べることができ、分かりやすかったです。これから昆虫を見かけるときには、この授業で学んだことを思い出して、ちょっと観察してみようと思いました。
- 2016年12月27日 07:24 reply
今回の講義では、分子生物学の観点から擬態を考えるというもので、私は理系ではありますが、生物学の知識はほぼないため難しいと感じつつも、どのように昆虫たちは擬態を保ったのか、天敵から逃れるすべをどのように(生まれながら)知っていたのかという本質的な疑問に自然な形で答えられたことに改めて感動しました。
- 2016年12月27日 14:47 reply
前回に引き続き、昆虫の擬態について詳しい仕組みなどを知ることができた。講義を聞いていて、昆虫はどの程度の色の把握ができているのか非常に気になった。
- 2016年12月27日 20:26 reply
幼虫の写真が少し気持ち悪かったことや内容がかなり理系よりだったことであまり内容を理解出来ませんでした。ただ、「色」というこの講義の趣旨にはとても合致していたと思いました。
- 2016年12月28日 00:51 reply
今回は前回の内容を発展させた擬態のメカニズムに迫る講義をしていただいた。正直、内容を理解するのは難しかったが、最先端の研究がどのような位置まで来ているのかを知れてよかったし、幼い頃に昆虫を観察して不思議さを覚えた時のことを思い出した。
- 2016年12月28日 12:49 reply
今回の講義で擬態のメカニズムの一端を知ることが出来た。先生が研究したアゲハ蝶の擬態の変化のお話から、通説に流されない探求心を垣間見た。何を調べればアゲハ蝶の擬態の変化の構造を知ることが出来るのかと思っていたが、ホルモンの量を変えて調べるというのは予想外だった。2回を通して難しい内容もあったが、非常に興味深い講義だった。
- 2016年12月28日 23:02 reply
今回の講義は前回よりより専門的で難しかったが、擬態と遺伝子というとても興味深いものだった。すべての生物に共通して言えることだが、遺伝子というとてもミクロなものが生物の全体を決定していることが改めて実感できたように思う。
- 2016年12月29日 01:28 reply
前回に引き続き昆虫の擬態について解説していただき、擬態という現象自体は面白く思えたのだが、その原因と考えられる遺伝子の構造の解析については理解が難しいものであった。「空の正色」の講義もそうであったが、目に見える自然現象に興味を覚えるのは容易だがその下にある原理についての理解は深淵な生物、化学等の高度な学問分析が必要であることに理系と言われる学問分野の魅力を改めてみることができたと思う。
- 2016年12月29日 16:17 reply
擬態について，もうすこし生物学にもとづいてメカニズムを知ることのできる講義だった。分子生物学から遺伝子によって擬態が行われていることを知り，さらに擬態が発生する条件などもわかった。個人的に気になったのは，それらの虫は意志をもって擬態を行っているのか，危険を察知して擬態しているのか，それとも単に身体の反射として擬態が行われているに過ぎないのかが気になった。
- 2016年12月30日 10:53 reply
前回の授業に引き続き、昆虫の擬態の仕組みや進化について学べる興味ぶかい講義だった。これら二回の授業を通して昆虫についてよりきょうみを持つことができた。実験の方法が精緻さを求められる上でとても工夫されていることに驚きをおぼえ、科学会の厳しさを再認識できた。色、というテーマを通して抽象的な扱いから今回のような具体的な題材まで幅広く学ぶことができた。
- 2016年12月31日 15:34 reply
前回、一般の人も関心を抱くようなテーマ設定で研究を始めたとのお話があったが、今回はその擬態の謎へ具体的にどのように迫っていったかを巡る講義であった。アゲハ幼虫の紋様の決定過程について、アゲハ幼虫の色のパターンの形成メカニズムについて、目玉模様、蚕の紋様、アゲハ蛹の色、そしてシロオビアゲハのベイツ型について。話題は多岐に渡りながらも、一貫していると感じたのはその手法であった。
現状の知見を整理し、最も単純明快と考えられるような仮説を打ち立て、実験で検証する。場合によっては、実験に新技術を用いる。案外、アクロバティックな斬新なる仮説は出てこない。リーズナブルな仮説を立て、実証する。実証できなければ、その次にリーズナブルな仮説を立てる。この繰り返しだ。強い印象に残ったのは、そうした最新鋭の技術を用いながらも、その過程は愚直と言えるまでに確立された定型的なものだということだ。それは決して悪い意味ではなく、多様な現象をできる限り単純に説明しようとする営みとしての科学の取るべき手法なのだろう。そして同時にそれは、いかに当然の帰結のように見える推論でも、実験を伴う検証を欠く段階では「論文として認められない」、即ち学術的価値を認められないということも物語る。
仮説は単純なものだ。しかし、その単純な仮説を立てる上で前提となる問は、現象を当然のことと捉えず、常に疑問を抱き続ける観察眼無くして気付けるものではないようだ。「なぜ3齢幼虫と4齢幼虫とでエクソジンの量は同じなのに変態が起こるのか」「なぜわざわざTHと DDCという、ほぼ同じ機能を有する二つの遺伝子を使っているのか」「緑色を表現するのに何故緑色を使わず、青色と黄色を混ぜて表現しているのか」「何故サンゴヘビは鳥を殺すほどの毒を持ってしまい、何故無毒なものはそれに擬態しているのか」、云々。それは自然にそうなったのだ、あるようにあるだけだという答えが飛んできてしまうような問に対しても、別の可能性が何故排除されたのかを真摯に検討していくその姿勢こそ、科学者として、そして広く学者として要求されるものなのかもしれない。
- 2017年01月02日 00:22 reply
前回に引き続き「昆虫の擬態」がテーマの講義だったが、今回は遺伝子構造や染色体などに着目して、擬態のメカニズムがより理系的な観点から解説され、文系の私にはかなり理解が難しかった。ただ、講義の最後に紹介された擬態について書かれた参考文献には少し興味が湧いたので、いつか機会があれば読んでみたいと思う。
- 2017年01月04日 10:23 reply
前回の講義で学んだ様々な擬態について、そのメカニズムを教えていただいた。生物学的な分野であり、文系の自分には理解が難しい部分ぼあったが、丁寧に説明していただいて大まかなメカニズムを理解することができ、とても興味深かった。
- 2017年01月05日 15:30 reply
今回はアゲハチョウを例に、擬態における分子メカニズムや進化機構について、正直難しい部分もありましたが、詳しく知ることができたと思います。「だまし」についての本も読んでみたいと思えました。ありがとうございました。
- 2017年01月06日 14:01 reply
擬態というものはしばしばメディアでも取り上げられていてその存在ぐらいは知っていたが、面白そうなものがあるなぐらいにしか思っていなかった。今回の講義では擬態の戦略や遺伝子からみた擬態などのお話があり、自分には新鮮で面白かった。擬態なとを見ていると、突然変異が淘汰されてそのようになったというだけではなく、何らかの目的のようなものをもって進化していっているようにも感じる。
- 2017年01月08日 16:29 reply
今回の講義は、擬態を最新の生物学の観点から見る内容で、理解できなかった部分も多かったが、翅の紋様を制御する遺伝子の発見はすごいと感じた。擬態に関する最先端の研究に触れることができて興味深かった。
- 2017年01月09日 15:00 reply
おそらく今回のテーマ講義で最も高度な内容だった。学者の方が極めて専門的な内容を嬉々として語る姿を見るのがとても好きな僕としてはとにかく楽しい講義だった。ここまで遺伝を解明している人類はすごい。僕も1000ドルで自分のゲノム解析してもらいたい。
- 2017年01月10日 15:08 reply
今回の講義では、昆虫の擬態を遺伝子構造の観点から学んだ。生物の専門的な内容もあり、十分に理解出来なかったが、昆虫の擬態にとても興味をもった。色というテーマに非常にマッチした素晴らしい講義だった。
- 2017年01月10日 19:04 reply
今回の内容はとても専門的に感じ、文系の私には途中からうまく理解ができなかった。しかしそれでも、遺伝子レベルで昆虫を解析することのできる現在の技術には驚く。
イモムシがサナギになり綺麗な蝶になるといった、昔から不思議に思われていたことが今解明されつつある。生命の神秘を研究するのは人間のロマンだと感じた。
- 2017年01月11日 03:33 reply
今回の講義は、前回の講義に登場した擬態について、そのメカニズムを解説していただくものだった。興味を惹かれる内容であったが、生物分野に関して勉強不足であったためやや気後れする内容もあった。ただ、専門的な内容に踏み込んで講義をしてくださっていることが伝わり、アカデミックな探求をする研究者の姿勢を至近距離で拝見できたように感じた。
- 2017年01月11日 11:12 reply
test
- 2017年01月11日 14:43 reply
ベイツ型擬態のところで、無毒なサンゴヘビが有毒なサンゴヘビの擬態をしても、捕獲者に学習の余地がなくなるため、有毒ヘビも無毒ヘビも弱毒種の擬態をしているのではないか、という見解が筋が通っていて興味深く感じました。生物が行なってきた、色を含む擬態という進化は、身を隠すものにせよ危険信号を発するものにせよ、生存可能性を広げるための適応戦略であるのだとわかりました。
- 2017年01月11日 14:53 reply
ひとつ疑問に思ったのが(授業内容と少し離れるかもしれないですが)、擬態する生き物というのは他の擬態もできるのかということです。例えば花に擬態する生き物は何世代かの進化によって葉や鳥のフンの擬態になることができるのかどうかということです。要はある生物にはこういう擬態しかできないという制限があるためその擬態なのか、それとも擬態する生物はもっと自由に擬態することができるのかということです。
- 2017年01月27日 14:26 reply
前回とはまた内容が複雑になって、面白い擬態をする昆虫たちは実際にどのようなメカニズムで体の色を変えているのかというのを学べた。正直内容は難しくてよくわからなったが、とにかく複雑であるということは分かった。進化の過程で、擬態をして「だます」という作戦のために複雑なメカニズムが体内に出来上がっていく、というのはにわかに信じがたいことである。敵をだましてぇ！って何世にわたって思い続けたら僕も擬態できるのだろうか。それは冗談だが、どうして擬態する方向に向かったのかが不思議だ。
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