昆虫と細菌とのさまざまな共生のかたち【クロカタゾウムシの硬い外骨格の秘密とは】
「腸内フローラ」という言葉は、すっかり一般的になりましたね。
腸内環境を整えることが、健康増進に繋がる事実がわかったため、乳酸菌はじめ、あらゆる発酵食品の有用性が見直されています。
さらには、最近になって細菌と人間との関係についての研究も盛んにすすめられているようです。
最新の研究によると、腸内だけでなく体表に存在する菌すらも、何らかの形で人間と共生関係にあるのだとか。
もちろん、これは人間や動物だけに限った話ではなく、昆虫の世界にも同様の共生関係が存在するのだそうです。
今回は、そんな昆虫と共生細菌との関係について、簡単にまとめてみました。
クロカタゾウムシの硬い外骨格の秘密
※写真はクロカタゾウムシではありません
ちょっと前に毎日新聞さんから、こんな興味深い記事があったんです。
甲虫
ゾウムシの硬い体は共生細菌のおかげ
甲虫「ゾウムシ」の一部は、硬い体を作るのに必要な材料となる「チロシン」というアミノ酸を、体内に共生する細菌に作らせていることが分かったと、産業技術総合研究所（茨城県つくば市）などの研究チームが米科学アカデミー紀要に発表した。
ゾウムシの仲間は６万種以上いるとされる。頭の先端がゾウの鼻のように伸びているものが多いことから名づけられた。穀物を食べるコクゾウムシなど害虫が多い。産総研の深津武馬首席研究員は「共生細菌に着目した新たな駆除技術開発が期待できる」と話す。
甲虫は外敵や乾燥から身を守るため、「外骨格」と呼ばれる硬い体を持つ。チームは、甲虫の中でも特に外骨格が硬い八重山諸島の固有種「クロカタゾウムシ」など、４種のゾウムシに共生する細菌「ナルドネラ」の役割を調べた。幼虫を抗生物質にさらして細菌の量を減らすと、体液中のチロシン濃度が低下し、外骨格が軟らかい成虫になった。高温で細菌を死滅させると、成虫にならずサナギのまま死んだという。
細菌のゲノム（全遺伝情報）配列を解析したところ、自分が生存するための物質やエネルギーを作るための遺伝子をほとんど全て失っているのに、チロシンを合成するのに必要な遺伝子群だけは残っていた。
深津研究員は「外骨格を硬くするには大量のチロシンが必要で、チロシン合成に特化した細菌と共生することでゾウムシは硬さを手に入れたとも考えられる」と話す。【大場あい】
引用元：毎日新聞
ゾウムシの仲間でも、とくに硬い外骨格をもつクロカタゾウムシ。
その硬い外骨格を支えるチロシンという成分を合成しているのが、なんと共生関係にあるナルドネラという細菌なのだという事実。
つまり、ナルドネラがいないと、クロカタゾウムシは硬い鎧で身を守ることが出来なくなってしまうのですね。
しかも、このナルドネラという細菌。
自身が子孫を残し生き延びるための遺伝子をほとんど無くしてしまっているというのだから驚き。
もう、宿主であるクロカタゾウムシと共存していくほか、生き延びる道がないというのです。
より詳しく知りたい方は、こちらのサイトを参考にしてみてください。
カメムシの腸内共生細菌はまだまだ進化の途上にある？
多くの昆虫は、特定の共生細菌と密な関係を築くことで、生存を図ってきました。
言い換えると、「そのように進化を果たしてきた」とも言えましょうか。
多くの昆虫では、共生する細菌の種類が1〜数種程度に限定されていて、宿主昆虫と共生細菌はしばしば高度な協力関係を築いており、細菌なしでは昆虫が生きていけない場合も少なくありません。これは共生細菌が宿主昆虫の生存に必須な生理機能などを担っているからです。一方で細菌の方も、昆虫の体内環境に高度に適応しています。共生進化の過程でゲノムが縮退して、単独では外界で生きていけない細菌も多いのです。
一部引用：
https://www.huffingtonpost.jp/nature-publishing-group/stink_bug_b_9897768.html
ところが、チャバネアオカメムシというカメムシの仲間は、特定の細菌でなくとも共生関係を結べてしまうのだとか。
今回の研究の結論を一言で言うと、チャバネアオカメムシの日本野外集団では、環境細菌から必須共生細菌への進化が現在進行形であるということです。カメムシの体の中でしか生きていけない必須共生細菌、カメムシの体の中でも環境中でも生きていける共生細菌、カメムシの体の中で生きていく能力を潜在的に持っているけど通常は共生していない環境細菌などが、日本列島のカメムシ集団中に共存しているのです。このような状況が昆虫自然集団で見つかったのは初めてのことで、大変に驚きました。共生の起源を探る上で重要な洞察を与える発見であると考えています。
一部引用：
https://www.huffingtonpost.jp/nature-publishing-group/stink_bug_b_9897768.html
このカメムシには、わざわざカメムシと共生しなくても外の環境で生き延びることが出来る細菌も共生しているのだとか。
もちろん、カメムシなしでは生き延びれない細菌とも共生関係を結びます。
要は、同じチャバネアオカメムシでも、日本の地域によって共生関係にある細菌の種類がバラバラなのだというのです。
これは、ある意味、チャバネアオカメムシが共生細菌との関係を築く上で、まだ進化の過程にあることを意味しているのだそう。
宿主を都合よく操ってしまう細菌たちもいる
細菌にとって宿主がオスよりもメスであったほうが都合が良い場合もあるそうです。
その場合、当然、細菌にとってオスの宿主は邪魔な存在になることもあります。
なので、選択的にオスの宿主を卵の段階で殺してしまうなんていう細菌も存在するそうなんです。
ボルバキアやスピロプラズマなどのオス殺しをする共生細菌は、宿主昆虫の細胞の中に存在しており、繁殖の際に卵巣内の卵細胞に感染することにより、メスから子孫に伝えられる。これを母性遺伝という。
一方、凝縮した核とべん毛だけの精子には、共生細菌が感染できる細胞質がなく、オスから子孫に伝わることはない。ということは、オスに感染した共生細菌は、次世代の宿主に伝えられるすべはなく、そのオス個体とともに死すべき運命にある。
したがって、共生細菌にとってみれば宿主のオスが死滅したところで痛くも痒くもない。大事なのは自分を次の世代に伝えてくれるメスである。
むしろオスを死滅させることで、きょうだいのメスの餌の取り分がふえて大きく育ち、繁殖力が高まるのならそのほうが有利になる。
このような形で共生細菌は、自分自身が生き残る可能性を高めるために、宿主が産んだ卵の半数を抹殺する「オス殺し」という、えげつないやり口を進化させたのだ
一部引用：
オスなんて「いないほうがいい」!? 性を操る細菌の不思議（永幡 嘉之,ブルーバックス編集部,産業技術総合研究所） | ブルーバックス | 講談社（1/2）
引用元の本文中にも載っていますが、この仕組みを利用して、デング熱やジカ熱を媒介する蚊を減らす試みが行われているなんてニュースもありましたね。
こうなると、もう共生関係ではないような気がします。
共生というよりは、細菌が子孫を残すための「宿主の奴隷化」なのではないでしょうか。
より詳しく知りたい方は、こちらのサイトを参考にしてみてください。
まとめ
昆虫とて、共生細菌の力をうまく利用して、厳しい自然淘汰の世界を生き抜いて来ました。
それは、特定の細菌と密な関係を構築していって、共に進化を果たしてきたとも言い換えることが出来ましょう。
ときには思いがけない能力を宿主に与えることもあります。
クロカタゾウムシの特段に硬い外骨格は、その一例。
しかし、細菌のなかには宿主である昆虫を都合よく操ってしまうものも存在します。
さらには、未だに特定の細菌との関係性を模索中であると推測できる昆虫も存在するのだから面白い。
昆虫と細菌との共生関係を紐解いていけば、ひょっとしたら人間にとっても有益な情報を得ること出来るかも知れないのです。
これから農薬や治療薬の開発などに限らず、さまざまな分野での応用がなされることが期待されます。
２０１８．９．８
