カイコガ幼虫の発育における体液の生理的役割
中 山 伸
(帝塚山短大)
1、はじめに 昆 虫 の 成 長 ・ 変 態 は 主 に ア ラ タ 体 か ら 分 泌 さ れ る 幼 若 ホ ル モ ン ( juveni1e hormone)、前胸腺からの脱皮ホノレモン (ecdysone)、そして脳の神経分泌細胞で作 られる前胸腺刺激ホルモン Cprothoracicotropic hormone)、の3
種のホルモンで 制御されていることが知られている。一般にカイコなどの昆虫では次のように理 解されている。脱皮ホルモンと幼若ホルモンの両方のホルモンが同時に存在し作 用すると幼虫脱皮を繰り返す。しかし終齢幼虫になり幼若ホルモンの体液中濃度 が低下し前絢腺刺激ホルモンによって脱皮ホルモンが分泌され幼虫から婦への決 定がおこると、もういくら幼若ホノレモンにさらされても幼虫には戻らないように な る 。 そ れ と 同 時 に 摂 食 が と ま り 、 体 内 の 未 消 化 物 な ど が 吐 き 出 さ れ (gut purge)、婦になるため適当な場所を探す行動をする (wandering)。しかし、幼若 ホルモンの低下が前胸腺刺激ホルモンの分泌をうながす際の実際の仕組みについ てはいまだに明らかでない。 昆虫の循環系は開放血管系であるため、体液は体腔中に充満しており、体腔中 にある細胞や組織は直接体液と接触している (Mu11ins，
1985)。昆虫の変態は外 見だけに起こるのではなく当然組織や器官もその影響を受けている。これまで、 体液は恒常性の維持という観点から動的であるよりむしろ静的と考えられてい た 。 し か し 体 液 の 量 が そ の 昆 虫 の 生 理 状 況 で 変 化 す る (Lairdt and Winston， 1975; Nagata， Seong and Yoshitake 1980) そ の 浸 透 圧 が 発 育 ・ 変 態 に と も なって変化する CCzaja-Topinska and Klelωwski 1970)、体液中の成分の中に は 発 育 に と も な い 大 き な 変 化 す る (Cohen and Patana， 1982; Gordon and Bai ley， 1976; Jungreis， Jat low and Wyatt， 1973; Shimizu， 1982) などが報 告されており体液はただ単に物質の貯蔵や、ホルモンの輸送に働くだけではなく 変 態 に と っ て 重 要 な 役 割 を 演 じ て い る 可 能 性 が あ る こ と が 指 摘 さ れ て い る CNakayama， 1990)。ここではカイコガの5齢幼虫(カイコ)にホノレモン処理をし たもの、また塩化ナトリウムを添加した飼料で飼育したものをそれぞれ比較し、 発育・変態と体液の物理化学的性質、および生化学的性質との関係を検討した結 果について述べる。2、材料と方法 昆虫:カイコはプラスチックケース(1
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日目にマイクロシンジ で幼虫の体表に直接に塗布した。 塩化ナトリウム添加飼料の作製:シルクメイトを凍結乾燥して水分を除き、それ に各濃度の塩化ナトリウム溶液を加えた。蒸留水を加えたものを無処理とした。 浸透庄の測定:体表に針で穴をあけ体液をマイクロピペットで直接採取し、蒸気 圧浸透圧計で測定した。 3、発育にともなう体液浸透圧と体液中の有機物量、陽イオン量の変化 4回目の脱皮をして (5齢幼虫)摂食を開始するとカイコの体重は増加し 7日 自に最大になった。その後カイコは摂食を停止しマユを造る場所をさがし(ワン ダリング)、腸の内容物をすべて排出し(ガットパージ)、糸を吐き、マユ造り を始める。当然、カイコが糸を吐いている間その体重は減少した。約 2日間でマ ユを造り終え、さらに約2
日後に婦に脱皮・変態する。体液の持つ意義を考える ために、組織や器官や細胞にとって内部環境として働く体液の物理化学的性質に 着目し、体液の浸透庄、粘度、 T Hの発育にともなう変化を調べた。体液浸透圧 は発育にともない徐々に増加し5
日目で最高の値を示し、吐糸中に最低の値に なった。しかしまだ摂食を続け体重が増加しているにも関わらず体液浸透圧は低 下し始め、体重の変化とパラレルで、はなかった。ガットパージの時にカイコは水 分を排出するのでその体液浸透庄は高くなると予想されるがそれに反して低く なったのが非常に興味深い。ガットパージに先立って起こるこの体液浸透圧の変 化は変態と関連があると考えられる。一方、体液の粘度、 T Hの変化は変態と関 連があるような変化がなかった。 体液浸透庄の調節機構とカイコの発育との関係を明らかにするために体液中の 遊離アミノ酸、糖、タンパク質、陽イオン各物質の発育にともなう濃度変化を調 べた。その結果、浸透庄の変化は遊離アミノ酸濃度と高い相関があった。糖はア ミノ酸に比べて濃度的に浸透圧に寄与する割合は低かった。さらにアミノ酸分析 を実施した。その結果から体液中にはヒスチジン、スレオニン、グリシン、セ リンが多いことが分かつた。タンパク質は発育にともない変化するが分子量が大 きいため浸透圧には大きく寄与しないと考えられる。さらにカリウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウムを分析した。その結果から、カリウムイオン濃度 は浸透庄の変化と似たパターンを示したが、ナトリウムイオン濃度は5日目から の浸透庄の低下に先だって減少し、浸透圧変化のパターンと異なることが分かつ た。またマグネシウムとカルシウム濃度は
5
齢期間中でほとんど一定であった。 以上の結果より、ナトリウムイオン濃度が低下し、そして浸透圧が低下し、それ に引き続いてガットパージ、吐糸が連続して起こっていることがわかった。また ナトリウムイオン濃度の低下する時期と体液中の幼若ホルモン濃度が下がる時期 とほぼ一致していることからナトリウムイオン濃度の変化が浸透圧変化の引金の 役割を果たしている可能性が示唆された(Nakayama，1991)。 4、カイコの発育と体液の性質に及ぼす幼若ホルモンの効果 体液中の幼若ホルモン濃度の低下が、ナトリウムイオン濃度の低下、浸透庄の 低下、さらにガットパージを引き起こしている可能性を確かめるために次の実験 を行った。カイコに幼若ホルモン類縁物質 (JHA)
であるメトプレンを塗布し 5齢期間中の発育を遅らせて、発育と体液浸透圧と体液中の成分との関係を解析 した。 その結果、JHA
処理カイコは無処理カイコに比べて5
齢中期の平均体重が重く なり、そしてガットパージ、吐糸が遅れることが分かつた。この実験条件下では 2日の吐糸の埋れが観察された(
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1)。体液浸透圧の変化も同様、無処理カイ コでは5
日目に最大値を示すのに比して]HA
処理カイコでは7
日目に最大値を 示し、2
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。体液のナトリウムイオン濃度が低下 する時期もコントロールでは4
日目であるのに対してJHA
処理カイコではその 濃度が低下する時期がおくれた(
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。アミノ酸、糖、カリウム、マグネシウ ム、カルシウム濃度は無処理カイコとJHA
処理カイコで顕著な差は認められな かった。このことはガットパージから吐糸に至る一連の行動はホルモンにコント ロールされているが体液中のナトリウムイオン濃度の変化と体液浸透庄の変化と 深く関連があリ、 体液中の幼若ホルモン濃度の低下が、ナトリウムイオン濃度の 低下、浸透圧の低下、さらにガットパージを引き起こしている可能性があること を示唆している。 5、カイコの発育と体液の性質におよぽす食塩添加飼料の効果 発育と体液ナトリウムイオン濃度との関係をさらに詳しく明らかにするために、 塩化ナトリウムを添加した飼料でカイコを飼育してその影響を調べた(以下ナト リウム処理カイコと呼ぶ)0 lOOmM一塩化ナトリウム処理カイコと無処理カイコでは、最大になったときの平均体重に差がなかったが、成長速度に違いがあり、 ガットパージが無処理カイコより 1日遅れた。 200mM一塩化ナトリウム処理カイコ は無処理カイコと比べて成長速度に 1日の遅れがあった。しかし100mM一塩化ナ トリウム処理カイコと比べるとその平均最大体重が軽いことがわかった。また 400 mM一塩化ナトリウム処理カイコは体重が増加しなかった。これは塩化ナトリ ウム濃度が高すぎたため摂食できなかったためと考えられる
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4
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。このこと がナトリウムイオンに特異的な現象か否かを明らかにする目的で塩化カりウム (lOOmM， 200mM， 400mM)を添加した飼料で同様の実験を行った。その結果、塩 化カリウムを添加した飼料で飼育したカイコと無処理カイコとの間でその成長に 差がなかった。このことは発育の遅れはナトリウムイオンに特有の現象であるこ とを示している。 次i
こ、 100mM一塩化ナトリウム処理カイコと無処理カイコの発育にともなう体液 浸透庄の変化を調べた。塩化ナトリウム処理カイコの体液浸透庄の減少時期は無 処理カイコに比べて遅れ、この浸透庄減少に続く吐糸の時期も遅れた(
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.5
)
。 ナトリウムイオン濃度を調べた。体液中のナトリウムイオン濃度は塩化ナトリウ ム添加飼料に変えた直後に影響が現れ、その後ナトリウムイオン濃度は減少した(
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)
。さらにアミノ酸、糖、カリウム、マグネシウム、カノレシウム濃度につ いて調べたが、塩化ナトリウム処理カイコと無処理カイコの間に差がなかった。 これらの結果から、体液のナトリウムイオン濃度が体液浸透庄の低下と吐糸の時 期を決めるのに重要な役割を果たしていると考えられる。 6、おわりに これらの実験の結果、カイコで、は幼若ホルモンの低下が体液のナトリウムイオン 濃度の低下を引き起こし、さらに体液浸透圧が低下し、ついでガットパージが起 こりマユを造り変態することが分かつた。これは、体液ナトリウムイオン濃度の 変化、体液浸透圧の変化がカイコの発育・変態にとって重要な役割を果たしてい ることを示している。今後の課題は前胸腺刺激ホルモンや脱皮ホルモンの分泌時 期と体液ナトリウムイオン濃度の変化、体液浸透庄変化との関連を明らかにする ことです。7
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