本 章 第2節 の 研 究 に よ っ て,コ イの 農 薬 に対 す る嗅 覚 応 答 は,周 波 数 特 性 や 濃 度 一 応 答 曲 線 に お い てL‑alanineやNaCIの 場 合 と異 な る ことが 示 され た 。 そ こで,本 節 で は,農 薬 及 び そ の 関 連 物 質 に 対 す る 嗅 覚 応 答 性 を さ らに 詳 細 に調 べ た。
材料 と方法
供 試 魚 と し て 体 重770±168gの コ イ40尾 と,体 重47±18gの コ イ20尾 を 用 い た 。 コ イ の
入 手,飼 育 条 件 は 第1章 第1節 で 述 べ た も の と,嗅 球 脳 波 の 記 録 及 び 解 析 方 法 は 本 章 第2節 で 述 べ た も の と,そ れ ぞ れ 同 様 で あ る 。
記 録 さ れ た 嗅 球 脳 波 の パ ワ ー ・ス ペ ク トル(2〜30Hz)をlHz毎 に 分 け,各 周 波 数 帯 域 を 次 の よ う に 分 類 し た 。band1,2.0‑2.8Hz;band2,3.0‑3.8Hz;band3,4.04.8Hz;band
4,5.0‑5.8Hz;band5,6.0‑fi.8Hz;bandfi,7.0‑7.8Hz;band7,8.0‑8.8Hz;band8, 9.0‑9.8Hz;band9,10.0‑10.8Hz;band10,1i.0‑11.8Hz;band11,12.0‑i2.8Hz;
band12,13.0‑13.8Hz;band13,14.0‑14.8Hz;band14,15.0‑15.8Hz;band15, 16.0‑16.8Hz;band16,17.0‑17.8Hz;band17,18.0‑18.8Hz;band18,19.0‑19.8Hz;
band19,20.0‑20.8Hz;band20,21.0‑21.8Hz;band21,22.0‑22.8Hz;band22, 23.0‑23.8Hz;band23,24.0‑24.8Hz;band24,25.0‑25.8Hz;band25,26.0‑26.8Hz;
band26,27.0‑27.8Hz;band27,28.0‑28.8Hz;band28,29.0‑29.8Hzo
交 差 順 応 の 実 験 で は,2種 類 の 異 な る 刺 激 液 に よ っ て,連 続 し て 嗅 上 皮 を そ れ ぞ れ5秒 間 刺 激 し,そ れ ぞ れ の 刺 激 に よ っ て 生 じ た 嗅 球 脳 波 を 調 べ た 。 嗅 球 脳 波 の 積 分 応 答 に お け る 応 答 時 の 基 線 か ら の 高 さ に よ っ て 応 答 値 を 評 価 し た 。 ま た,同 一 物 質 で 濃 度 の 異 な る 刺 激 液 に よ る 交 差 順 応 も 調 べ た 。
条 件 付 け 実 験 は 本 章 第3節 に 述 べ た も の と 同 じ 方 法 を 用 い,10ｵg/1のbenthiocarb,ま た はf 10ｵg/tのis(】prothiolaneに よ る 嗅 刺 激 に 対 し て 逃 避 反 応 を す る よ う に 条 件 付 け し た と き の 10ｵg/1のbenthiocarb,10ｵg/1のisoprothiolatie,IOｵg/1のL‑alanineに 対 す る 忌 避 反 応(
反 応 率)を 調 べ た 。
忌 避 行 動 は 本 章 第1節 に 述 べ たY字 型 水 槽 で の 忌 避 行 動 実 験 と 同 じ 方 法 を 用 い,一 方 の 水 路 か ら1μg〃 のbenthiocarbを,他 方 の 水 路 か ら 濃 度 の 異 な るbenthiocarbを 流 し た と き の コ イ の 忌 避 行 動(反 応 値)を 調 べ た 。
供 試 薬 は,本 章 第1節 で 述 べ たbenthiocarb原 体,isoprothiolane原 体,fenifirothion原 体 の 他,親 水 性 の 除 草 剤tetrapion(2,2,3,3‑tetraftuoropropionicacid,保 土 谷 化 学,原 体 64・3%),propionicacid(特 級,和 光 純 薬),ethanol(特 級,和 光 純 薬),ethyleneglyco1(
特 級,和 光 純 薬),xylene(特 級,和 光 純 薬),2‑propano1(特 級,和 光 純 薬),
sodiumhypochloritesolution(化 学 用,和 光 純 薬),dichloromethane(残 留 農 薬 試 験 用, 和 光 純 薬),acetonitrile(特 級,和 光 純 薬),propyleneglycol(特 級,和 光 純 薬),hexane(特 級,和 光 純 薬),sodiumlaurylsulfate(特 級,和 光 純 薬),quininehydrochloride(特 級,和 光 純 薬),L‑alanine(特 級,和 光 純 薬),L‑serfne(特 級 。 和 光 純 薬),Lme廿1ionine(特 級,和 光 純 薬)を 用 い た 。 ま た,東 邦 化 学 工 業 か ら サ ン プ ル 供 与 を 受 け たsorpo13005X,sorpolSNXを
用 い た 。
結 果
各 濃 度 のL‑alanineとbenthiocarbに 対 す る 嗅 球 脳 波 の パ ワ ー ・ス ペ ク トル を 図2‑18に 示 し た 。L‑alanineに 対 す る パ ワ ー ・ス ペ ク トル は,濃 度 の 増 加 と と も に8〜12Hz帯 域 の 著 し い 増 加 が み られ た が,benthiocarbに 対 し て は,濃 度 の 増 加 に と も な う特 定 周 波 数 の 変 化 は み ら れ な か っ た 。 こ の 周 波 数 特 性 の 差 違 は,相 対 パ ワ ー,す な わ ち 各 周 波 数 帯 域(band)の 平 均 パ ワ ー の 全 帯 域 の 総 和 に 対 す る 割 合(PercentagePowerFraction:PPF)に お い て 明 瞭 に 認 め ら れ た(
図2‑19)。 調 べ た 試 薬 の 中 で は,L‑alanineと 類 似 した 嗅 応 答(以 後,alanine型 応 答 と 記 す)を 示 し た の は,ア ミ ノ 酸 のL‑serineと レmethionine,tetrapion,propionicaddで あ っ た 。 そ
れ に 対 して,他 の 調 べ た 物 質 は,benthiocarbと 類 似 し たbenthiocarb型 応 答 を 示 し た 。 濃 度 一 応 答 曲 線 に お い て も,濃 度 の 増 加 に と も な う応 答 の 増 加 を 示 すalanine型 応 答 の も の と,応 答 が 濃 度 増 加 に 依 存 し な いbenthiocarb型 応 答 の も の に 分 類 す る こ と が で き た 。 前 者 の 応 答 は,周 波 数 特 性 に お い て ・alanine型 応 答 を 示 し たL‑serene,L‑methionine,tetrapion,
propionicacidと 一 致 し,後 者 に お い て も,benthiocarb型 応 答 の 周 波 数 特 性 を 示 す 物 質 と 一 致 し た(図2‑20)。 し か し,benthiocarbの 濃 度一 応 答 曲 線 を 対 数 表 示 し た と き,104ｵg〃 よ り 低 い 濃 度 に お い て,応 答 値 の 濃 度 依 存 性 が 緩 や か な 勾 配 の 増 加 と して 示 さ れ る 比 例 関 係 が み ら れ た(図2‑21)。 こ の 現 象 は 他 のbenthiocarb型 応 答 を 示 し た 物 質 に お い て も み ら れ た 。
嗅 上 皮 の 刺 激 開 始 か ら 応 答 が 出 現 す る ま で の 応 答 潜 時 に お い て も,14ｵd/tの benthiocarbと104ｵg/1のL‑alanineの 間 に 差 異 が み ら れ,そ の 時 間 は,そ れ ぞ れ438±
128ms㏄,113±28ms㏄ で あ り,benthiocarbに 対 す る応 答 潜 時 は 著 し く 長 い 値 を 示 し た(図2‑22)。
2種 類 の 物 質 で 連 続 し て 嗅 刺 激 し た と き の 交 箆 順 応 の 実 験 で は,先 に10㌔g〃 のbenthiocarb で 刺 激 し,次 い で104〃 のL‑‑alanine,あ る い は,104ｵg/1のtetrapionで 刺 激 し た と き は, 後 者 の 刺 激 に 対 し て 応 答 を 示 し(図2‑23のa,d),コ イ の 嗅 覚 はbenthiocarbとL‑alanineを,
あ る い は,benthiocarbとtetrapionを 異 質 の ニ オ イ と し て 感 知 し て い る こ と が 示 さ れ た 。 そ れ に 対 し て,先 に104ｵg〃 のbenthiocarbで 刺 激 し,次 い で104μg〃 のisoprothiolane,あ る い は,104E,1g/1のfenitrothionで 刺 激 を 行 う 交 差 順 応 の と き は,後 者 の 刺 激 に 対 して 応 答 を 示 さ ず(図2‑23のb,c),benthiocarbとisoprothiolaneを,あ る い は,benthiocarbと
fenitrothionを 質 的 に 識 別 で き な い こ と が 明 らか に さ れ た 。
10ｵg〃 のbenthiocarbの 嗅 刺 激 に よ っ て 逃 避 反 応 を示 す よ う に 条 件 付 け し た コ イ は,条 件 刺 激 で な い10ｵg/1のisoprothiolaneで 嗅 刺 激 し た と き に も 逃 避 反 応 が み ら れ,高 い 反 応 率 を 示 し た 。 し か し,10ｵg〃 のL‑alanineの 嗅 刺 激 し た と き の 反 応 率 は 低 か っ た(図2‑24,a)。 ま た,10μ9〃 のisoprotixiolaneに 条 件 付 け し た コ イ に お い て も,10ｵg〃 のbenthiocarbの 嗅 刺 激 に 対 し て 高 い 反 応 率 を 示 し,10μ9〃 のL‑alarsineの 嗅 刺 激 に 対 し て 低 い 反 応 率 を 示 し た(図 2‑24,b)o
濃 度 の 異 な る 同 一 物 質 で 連 続 し て 嗅 刺 激 し た と き の 交 差 順 応 の 実 験 結 果 を 図2‑25に 示 し た 。 同 図 は,前 者 の 刺 激 時 の 応 答 値(積 分 応 答 の 高 さ)に 対 す る後 者 の 刺 激時 の 応 答 値 の 比 率 で 示 し, 対 照 と して,蒸 留 水 に よ っ て 後 者 の 刺 激 を 行 っ た と き の 応 答 値 の 比 率 を 基 準 と し て 各 濃 度 に お け る そ の 比 率 と 比 較 ・検 定 し た(Wilooxon符 号 順 位 和 検 定)。 先 に1μ9〃 のL‑alanineで 刺 激 し, 次 い で10ｵg/'のL‑alanineで 刺 激 し た と き に,後 者 の 刺 激 に 対 し て,有 意 な 応 答 の 増 加 を 示 し た(P<0.05)。 さ ら に,1ｵg/1のL‑alanineの 刺 激 後,IO2ｵg1'のL‑alaruneで 刺 激 し た と き に, 後 者 の 応 答 は よ り大 き な 応 答 を 示 し た 。 以 下,後 者 のL‑alanineの 濃 度 が 高 く な る に つ れ て, そ の 応 答 は 増 加 を 示 し た 。 そ れ に 対 し て,先 に1ｵg/1のbenthiocarbで 刺 激 し,次 い で 刺 激 を 行 う後 者 の のbenthiocarbの 濃 度 が10,102,103ｵg/1で あ る と き は,後 者 の 刺 激 に 対 し て 応 答 を 示 さ な か っ た 。 し か し,1μ9〃 のbenthiocarbと10ｵg〃 のbenthiocarbの 組 み 合 わ せ に
よ る 連 続 刺 激 は,後 者 の 刺 激 に 対 し て 有 意 な 応 答 の 増 加 を 示 し た(P<0.05)。
Y字 型 水 槽 を 用 い た 忌 避 行 動 に お い て,一 方 の 水 路 か ら1ｵg〃 のbenthiocarbを,他 方 の 水 路 か ら 濃 度 の 異 な るbenthiocarbを 流 し た と き の コ イ の 忌 避 行 動 を 図2‑‑26に 示 し た 。1μ9〃 の benthiocarbの 水 路 に 対 し て,反 対 側 の 水 路 に1ｵg/1か ら104μ9〃 のbenthiocarbを 流 し た と き は 忌 避 行 動 を 示 さ な か っ た 。1ｵg/tのbenthiocarbと 対 照 と して 蒸 留 水 を 流 し た と き の 反 応 値 と 比 較 し て1ｵg/1のbenthiocarbと105μ9/1のbenthiocarbの 組 み 合 わ せ で 流 し た と き は, 105ｵg/1のbenthio(orbに 対 し て 有 意 な 忌 避 行 動 を 示 し た(Wilcoxon符 号 順 位 和 検 定,P<
0.05)。
考 察
本 実 験 で 示 さ れ た 農 薬 に対 す る 嗅 球 脳 波 の 周 波 数 特 性 は,他 に 報 告 が 見 当 た ら な い も の で あ っ た。 そ れ に 対 し て,L‑alanineに 対 す る 嗅 球 脳 波 で み られ た10Hz前 後 に ピ ー ク を も つ も の は, パ ワ ー ・ス ペ ク トル や バ ン ドパ ス ・フ ィル タ ー に よ る 解 析 実 験 に よ っ て,他 の ア ミ ノ 酸 や 配 合 飼 料 抽 出 液 に 対 す る 嗅 球 脳 波 に お い て 報 告 さ れ て い る(SatouandUeda,1975;Satou,
1971)。 農 薬 に 対 す る 嗅 球 脳 波 の パ ワ ー ・ス ペ ク トル の 周 波 数 特 性 は 対 照 の 蒸 留 水 に 対 す る パ ワ ー ・ス ペ ク トル に 類 似 し て い る た め(図2‑6),農 薬 に 対 す る 嗅 応 答 は 電 気 的 ノ イ ズ の よ う に み え る が,そ の 応 答 値 は 蒸 留 水 に 対 す る 応 答 値 と 比 較 し て 有 意 に 大 き い(P<0.05)。 ま た,実 際 に,本 章 第1節 で コ イ は こ れ ら 農 薬 を 嗅 覚 で 感 知 し忌 避 す る こ と が 示 さ れ た 。 し た が っ て, 農 薬 に 対 す る 応 答 が 電 気 的 ノ イ ズ で あ る 可 能 性 は 排 除 さ れ る 。propionicacidは ア ミ ノ 基 を 欠 い て い る 点 を 除 い て,L‑alanineと 比 較 的 化 学 構 造 が 似 て い る 。 ま た,tetrapionも 基 本 構 造 が 似 て い る 。propion量caddとtetrapionに 対 す る 嗅 球 脳 波 の 周 波 数 特 性 がalanine型 応 答 を 示 し た こ と,一 方,ア ミ ノ 基 と カ ル ボ キ シ ル 基 を 欠 くethanolがbenthiocarb型 応 答 を 示 し た こ と は(石 田 未 発 表),嗅 応 答 特 性 と 化 学 構 造 と の 関 係 を 考 え る 点 に お い て 興 味 あ る 問 題 で あ る 。
benthioearbに 対 す る 嗅 応 答 の 濃 度 一 応 答 曲 線 に お い て も,そ の 特 性 は ア ミ ノ 酸 や
tetrapionの 場 合 と 異 な り,濃 度 の 増 加 に と も な う嗅 応 答 の 増 加 が み ら れ な い 特 異 的 な も の で あ っ た 。 し か し,図2‑21に み られ る よ う に に 対 す る 嗅 応 答 の 濃 度 一 応 答 曲 線 は,14ｵg/1よ り 低 い 濃 度 に お い て,応 答 値 の 濃 度 依 存 性 が 緩 や か な 勾 配 の 増 加 と し て 示 さ れ る 比 例 関 係 が み ら れ,こ の と きWeber‑Fechnerの 法 則 が 成 立 し て い る こ と が 考 え ら れ た 。 し た が っ て, benthiocarbに 対 す る 嗅 応 答 の 濃 度 一 応 答 曲 線 は,L‑alanineと 比 較 して 応 答 の 極 め て 低 い レ ベ ル で 応 答 の 飽 和 が 生 じ,104ｵgノ 似 上 で は 応 答 の 増 加 を 示 さ な い 特 性 を も つ 。 こ の 嗅 応 答 が 飽 和 し た 状 態 で は,コ イ の 嗅 覚 は そ の 物 質 の 量 的 な 変 化 を 識 別 で き な い こ と が 示 唆 さ れ る 。 こ の 仮 説 は 次 の 実 験 か ら 支 持 さ れ る 。 濃 度 の 異 な るbenthiocarbを 連 続 して 嗅 刺 激 し た と き の 交 差 順 応 実 験 やY字 型 水 槽 の そ れ ぞ れ の 水 路 か ら濃 度 の 異 な るbenthiocarbを 流 し た と き の 忌 避 行 動 実 験 で は,い ず れ の 場 合 も 広 い 濃 度 範 囲 に 及 ぶ 両 者 の 差 を 弁 別 で き な い こ と が 明 ら か に さ れ た 。
ま た,異 な る 物 質 で の 交 差 順 応 実 験 は,benthiocarbに よ る 刺 激 後 のisoprothiolane,あ る い は,fenitrothionの 刺 激 に 対 して 明 瞭 な 応 答 が み ら れ ず,後 者 の 刺 激 物 質 に 対 し て 脱 感 作 が 生 じ た こ と を 示 し た 。 そ れ に 対 し て,benthiocarbに よ る 刺 激 後 のL‑alanine,あ る い は, tetrapionの 刺 激 に 対 し て 著 し い 応 答 が み ら れ た 。 こ れ ら の 結 果 か ら,コ イ の 嗅 覚 は benthiocarbとisoprothiolaneを,あ る い は,benthiocarbとfenitrothionの 違 い を ニ オ イ 識 別 が で き な い こ と が 明 ら か に さ れ,同 質 の ニ オ イ と し て 感 知 し て い る こ と が 示 唆 さ れ る 。 そ れ に 対 し て,benthiocarbとL‑alanine,あ る い は,benthiocarbとtetrapionの 組 み 合 わ せ で は, そ れ ぞ れ の ニ オ イ 識 別 が 可 能 で あ っ た 。
benthiocarbの 嗅 刺 激 に よ っ て 逃 避 反 応 を 示 す よ う に 条 件 付 け し た コ イ は,条 件 刺 激 で な い isoprothiolaneで 嗅 刺 激 し た と き に も 逃 避 反 応 を 示 し た 。 こ の こ と は,コ イ の 嗅 覚 は こ の 両 物 質 を 質 的 に 弁 別 で き な い た め,isoprothiolaneの 嗅 刺 激 に よ っ て も 反 応 が 生 じ た と 思 わ れ る 。 そ れ に 対 し て,L‑alanineの 嗅 刺 激 に 対 し て は 逃 避 反 応 を 示 さ な か っ た こ と か ら,コ イ の 嗅 覚 はbenthiocarbとL‑alanineの ニ オ イ を 弁 別 で き る こ と が 明 ら か に さ れ た 。
ま た,benthiocarbに よ っ て 刺 激 し た と きの 嗅 球 脳 波 の 応 答 潜 時 は,L‑clanineの 場 合 よ り 著 し く 長 い 時 間 を 要 し た 。
こ れ ら の 結 果 か ら,benthiocarb型 の 嗅 覚 応 答 特 性 を も っ 物 質 に 対 す る 嗅 応 答 は,魚 類 に お け る 代 表 的 な 嗅 覚 刺 激 物 質 で あ る ア ミ ノ 酸 に 対 す る 嗅 応 答 と 受 容 機 序 が 異 な る こ と が 示 唆 さ れ る 。 最 近,Kurihara(1989)は,嗅 細 胞 の 受 容 膜 に お い て 受 容 タ ン パ ク 質 を 介 さ ず,ニ オ イ 分 子 が 細 胞 膜 の 脂 質 二 重 膜 の 疎 水 性 部 位 と 結 合 す る 受容 機 序 の 存 在 を 示 し た 。 本 実 験 で 調 べ た benthiocarbやisoprothiolaneは 疎 水 性 で あ り,界 面 活 性 剤 も 疎 水 基 を 有 す る こ と か ら,疎 水 性 農 薬 や そ の 他 疎 水 性 物 質 に 対 す る 嗅 応 答 に は こ の 受 容 機 序 が 関 与 し て い る 可 能 性 も 考 え ら れ る 。 親 水 性 農 薬 のtetrapionがalanine型 の 応 答 を 示 した こ と は こ れ を 支 持 す る 。