兵庫教育大学 研究紀要 第54巻 2019年 2 月 pp 91 94
高密度条件下におけ る
ma szmzzs の ラ イ フ サイ ク ルに関す る研究
E cot of Crowding Condition on the Li fe Cycle of
ma slmzzs
笠 原
恵*
三 木 美 奈**
KASAHARA Megumi
M IKI M ina
ミ ジ ン コは, 食物連鎖の中で一次消費者と し て生態系 を支え る重要な役割 を担 っ てい る。 その中で も , Daphnia 属は, 環境条件が良い場合は雌のみの単為生殖 を行い, 生息環境が悪化す る と雄 を産出 し有性生殖に切 り 替え乾燥に強い休眠卵 を産みだす循環単為生殖 を行 う こ と が知 ら れて い る。 本研究 では, D. sim流s の高密度条件下におけ る ラ イ フ サイ ク ルの 変化 を明 ら かにす る こ と を目的 と し た。 D. s,m流s (Hiraike strain) の生存率 お よ び総産仔数 に関 し て は, 高密度飼育水 に よ る影響は見 ら れな か っ た。 成長率 に 関 し ては, CRw s (同種高密度水) > CRw p (異種高密度水) > STw (M4 飼育液) の順で成長率に違いが見 ら れた。 雄産 出に関 し ては, CRw s> STw > CRw p と な っ た。 ま た, 21 日間の実験期間中には, 休眠卵の産出は見 ら れなかっ た。 こ の よ う に, 高密度条件下では, 成長率や雌雄比に影響 を受け てい る こ と が分かる。 ま た, 同種 ・ 異種の高密度水で その反応 は異な っ てい た。 同種の c Rw の場合, 雄産仔の割合が高かっ た。 こ れは, 種の長期的 な生存に有利 な休眠卵 を作 る ため に, 同種の高密度状態 を察知 し てい る と 考え ら れる。 異種の c Rw の場合, 雄産仔の割合が低かっ た。 こ れは, 異な る種 の高密度状態 を察知す る こ と で, 雄産出にかかるエ ネ ルギーを よ り多 く の雌 を增やす単為生殖に使い, 自 ら の種が優勢に な る よ う にす る た めの戦略 だ と 考え ら れる。 キ ーワ ー ド : ミ ジ ンコ , ラ イ フサイ ク ル, 高密度条件, Daphnia s,milis, 加東市平池
Key words : water flea, li fe cycle, crowding condition, Daphnia slmilis, Hira Pond in Kate city
I は じ めに ミ ジ ン コは池や湖に生息 し てい る小型の甲殻類であ る。 植物 プラ ン ク ト ン を摂食す る捕食者であ る と 同時 に, 小 型の魚や無脊椎動物の餌で, 一次消費者と し ての役割 を 担 っ て お り , 食物 網 に お け る キ ー ス ト ー ン種 で あ る。 Daphnia は環境条件が良い と き には, 雌が遺伝的に同一 の雌 を産み出す と い う 単為生殖 によ っ て繁殖 し , 環境条 件が悪 く な る と , 単為生殖から有性生殖へ生殖様式 を切 り 替え る ( 循環単為 生殖) 。 本研究で用い た Daphnia s,m,1,s ( タ イ リ ク ミ ジ ン コ) は, 奈良県大和郡山 , 愛知 県, 神奈川県, 河口湖な どの各地に出現 し た種であ り , 中国大陸から の外来種であ る (田中 2002) 。 1966年に は大和郡山において存在が確認さ れている (渡辺 1966) 。 そ し て, D. sim流s は有性生殖 によ っ て休眠卵 を産出す る循環単為生殖 タ イ プであ る と 考え ら れる。 環境悪化条件には, 個体数の増加に伴う 高密度化や短 日条件 な どがあ り , そ れによ り 雄が産出 さ れ有性生殖 を 行い休眠卵 を産出す る と 考え ら れてい る。 Daphnia の雄 の産仔 に関 し ては既 にい く つかの報告 があ る。 Daphnia magna ( オ オ ミ ジ ン コ ) に お い ては, 高密度条件下, 短 日条件下 ( 8 時間明 : 14時間暗) において雄の産出の割 合が高 く な り , 餌の量では雌雄の割合の変化はほと んど 見 ら れない (Hobaek and Larsson 1990) 。 ま た, 他の D
magna での環境悪化の実験では, 高密度条件下, 短日条 件下 ( 8 時間明 : 14時間暗) , 餌が不足 し てい る状況下 で の 雄 の 産 出 割 合 が 高 く な っ た と い う 報 告 も あ る (Kleiven et al l 992) 。 同種, 異種間におけ る高密度条 件 下 に お け る実 験 を 9 種類 の Daphnia (1). pulex , D magna, . z'ca z'
a, . ya zna, . ga eafa, . c c afa, D. laevls, D hm holtzi, D ambigua) を用 い て行 っ た報 告 も あ る。 高密度条件下で飼育す る と 大き さ , 成長率, 一回の産仔数 を低下 さ せ る。 ま た, 比較的小 さ な種であ る I ). hm holtzi と D amblgua におい ては, 体長が大 き な 種 であ る D magna の高密度水で飼育 し た場合, 殻の形 が変化す る こ と が明 ら かにな っ てい る (Bums 2000) 。 こ のよ う に, 多 く の D aphnia におい て高密度条件下が ラ イ フサイ ク ルへ何 ら かの影響 を与え てい るこ と がわかっ て い る o し か し , 循環単為生殖 を行う I). s,m,11s に関 し ては高 密度条件下での詳 し い研究が行われていない。 加東市平 池 か ら採取 さ れた D. similis につい ては, 20℃, 長日条 件下 (14時間明 : 10時間暗) でのライ フサイ ク ルが既に 明 ら かにな っ てい る (笠原 ら 2018) 。 そ こ で, 本研究 では, 循環単為生殖 を行 う I). s,m,1,s におい て, 高密度 条件下 が ラ イ フ サイ ク ルへ も た ら す影響 に つい て明 ら か にす る こ と を目的 と し た。 * 兵庫教育大学大学院教科教育実践開発専攻理数系教育 コ ース 准教授 * * たつの市立揖西西小学校 平成30年10月25 日受理 91
笠 原 恵 三 木 美 奈
II 材料と 方法
A 実験材料
加東市平池の北小池から2015年 6 月11 日に採取 し, 研
究室内 で継代 飼育 し てい た D. similis (Hiraike strain) を使用 し た。 ま た, 異種と し て, 2012年 3 月28日に淡路 市岩屋のため池から採取 し , 同様に研究室内で継代飼育
し てい た D aphnia pule;,c ( Iwaya strain) を使用 し た。
B 実験方法
(1) 本実験で使用 し た飼育水およ び餌につい て a) 飼育液
飼育液は OECD (Organisation for Economic Coope-ration and Development ; 経済協力 開発機構) テ ス ト
ガイ ド ラ イ ン 211 の ミ ジ ン コ急性遊泳阻害実験 にお け る Elendt M4 (M4飼育液) を用いた ( 0ECD 2012) 。 b) 高密度飼育水 高密度飼育水 を作 るにあ た り , どれく ら いの密度か ら が高密度 と す るか を, 様々な文献から検討 し た (表 1 ) 。 こ れら を ま と め る と , 60~ 400匹/L の密度条件 が高密度 と さ れてい る。 し か し , 実際に ミ ジ ン コ の継 代飼育 を行 っ てい る中で, こ れら の文献で高密度飼育 水 と 定義 さ れてい る密度以上に高密度状態にな る こ と があ っ た。 し たが っ て, 本研究 では, 500~ 700匹/L を高密度条件 と し て設定 し た。
M4 飼育液で D. sim流s (Hiraike strain) を500~ 700
匹/ L の高密度状態で 3 日間以上飼育 し , その飼育液 を Rapid-Flow 90mm Filter (0.2ｵm フ ィ ルタ ー, Termo Scientific Nalgene) に通 し た。 こ の飼育液 を, 高密度 飼育水 (Crowded Water of szmzzs : CRWs) と し た。 同様 に し て, 異種の Daphnia pulex (Iwaya strain) を 飼育 し た も の を (Crowded Water of o : CRWp) と し た。 こ れに対 し て, control 飼育水 と し て, M4 飼育液 を (Standard Water : STW) と し た。 ま た, 作成 し た STW と CRW の PH を pH メ ータ ー(ALTRADER 表 1 報告 さ れてい る高密度条件 社) で, 溶存酸素 をデジタ ル溶存酸素計 (Fuse 社) を用 い て計測 し た。 PH に つい ては, STW が9.05, CRWs が8.11, CRWp が8.25で あ っ た。 ま た, 溶存酸 素量は, STW が9.1mg/L, CRWs が8.0mg/L, CRWp が 7.5mg/L で あ っ た。 c) 餌 餌 と し て, 生淡水産ク ロ レ ラ (30cc) を (有) 日海 セ ン タ ー (東京) から 購入 し た。 ク ロ レ ラ懸濁液は,
約1.0 X10
5 cells/ｵL で あ っ た。 (2) 高密度条件下におけ る ラ イ フ サイ ク ルの比較 産ま れて24時間以内の仔虫 を 5 日間 STw 中で成長 さ せた後, 50mL の STW, CRWs, CRWp にそれぞれ 1 個 体ずつ入れ, 20℃で飼育 し た。 こ れを各飼育水 ごと に15 個 体 ず つ 行 っ た 。 飼 育 容 器 は 50mL 遠 心 チ ュ ー ブ (Iw AKI) を用いた。 光周期は長日 (14時間明 : 10時間 暗) , 光量約1000 1x の条件下で飼育 し た。 餌は ク ロ レ ラ を 2 日に 1 回の水換え と 同時に 1 ｵL 加え た。 産ま れ た仔虫は 99.5%エ タ ノ ールで固定後, 仔虫数を数え るこ と によ っ て増殖数, 産仔頻度, 産仔回数, 雌雄の割合 を 調べ た。 調査は21 日間行な っ た。 ま た, 脱皮殻は, 実験 開始時 と 実験終了時の 2 回, メ モ リ の付い た カバーガラ ス (はかる く ん01, 教育出版株式会社) 上で胴体長の測 定 を行な っ た。 月同体長の測定法は, 笠原 (2018) に示 さ れた方法で行 な っ た。 ま た, 生存率, 休眠卵の有無に関 し て も , 21 日間調査 を行 っ た。 上記はすべて 3 回の繰り 返 し実験 を行 っ た。m 結果
高 密 度条 件 が D. slm111s (Hiraike strain) の ラ イ フ サ イ ク ルに も た ら す影響 に つい て, 生存率, 総産仔数, 成 長率, 雌雄比につい て調べた。 生存率に関 し ては, STw では 7 日目に14匹に, 17日 目に13匹になり , 21 日間で87%が生存 し ていた。 同種高 著者 (発表年) ミ ジ ン コ の種 飼育水 高密度条件 Heogen (1987) D. pulex 飼育原液 : 緩衝液 (D64) 200~ 300 匹/LHobaek & Larsson (1990)
D. pulex
新鮮な湖の水を0.45ｵm のフ ィ
ル タ ーで ろ過 し た も の 100~ 160 匹/L Kleiven et al. (1992) D. magna 加 えた合成培養水 精製水 を も と に無機塩類 を 60~ 100 匹/L
Bums (1995) D hyaline, D galeata 湖の水を0.45ｵm のフ ィ ルター で ろ過 し た も の 150~ 400 匹/L Bums (2000) D. pulex, D hyalina, D galeata, D. cucu11ata, D. laevis, D. lumholtz1, D ambigua 湖の水を0.45ｵm のフ ィ ルター で ろ過 し た も の 85~ 300 匹/L 92
10
%
0 % 8 % 6 % 4 % 2 % 0%(
0 9 9 9 9 9 高密度条件下におけ る Daphnia similis のラ イ フ サイ ク ルに関す る研究 STW 0. slm//Is ■ ♀ ■ ♂*
*
_ _
1 3 5 7 9 l l 13 15 17 19 21 (日 ) 図 1 D. slm/1ls (Hiraike strain) の高密度条件下での 生存数.o
o
o
o
o
o
。
4 2 0 8 6 4 2 ( 1 1 1 111 109 114 STW CRWs CRWp図 2 D. similis (Hiraike strain) の高密度条件下に
おけ る21 日間の総産仔数. エ ラ ーバーは標準誤差 を示 し て い る . .jj-:1 -'- 8 7 6 5 (
l
,
,
,
,
1.88 STW CRWs CRWp図3 D. s
"
・nllls (Hiraike strain) の高密度条件下での 成長率 : 実験開始時の大き さ と の比較. エ ラ ーバー は標準誤差 を示 し て い る . 密度水 (CRw s) では, 19 日日 に14匹になり , 21 日間で 93%が生存 し てい た。 異種高密度水 (CRw p) では21日 目に14匹になり , 21 日間で93%が生存 し ていた (図 1 ) 。 こ れら よ り , 生存率に関 し ては, 飼育水によ る大き な違 いは見 ら れず, 21 日間の飼育では約 9 割が生存 し た。 総産仔数に関 し ては, 15個体の21 日間での総産仔数の 平均 を比較し た。 sTw で111 匹, 同種高密度水 (c Rw s) で109匹, 異種高密度水 (c Rw p) で114匹産仔 し た (図 2 ) 。 飼育水の違い に よ る有意 な差は見 ら れな か っ た。 成長率 に関 し ては, s Tw で 1.69倍 , 同種高密度水 (CRw s) で1.88倍, 異種高密度水 (CRw p) で1.72倍で あ っ た (図 3 ) 。 CRw s (同種) > CRw p (異種) > STw の順 で成長率 に違いが見 ら れた。 雌雄比に関 し ては, 形態的には っ き り と 雌雄判別で き た も の を100% と し , 雄の割合 を算出 し た。 s Tw で1.3 93 STW CRW s CRWp 図 4 0. slml/ls (Hiraike strain) を高密度条件下で 飼育 し た場合の雌雄比.*
は有意な差P<0.01 を示す % (19個体) , 同種高密度水 (CRw s) で3.2% (47個体) , 異種高密度水 (CRw p) で0.8% (13個体) であ っ た。 CRw s (同種) > STw > CRw p (異種) と な り , 同種高 密 度 水 (CRw s) と STw と の 間 , 同 種 高 密 度 水 (CRw s) と 異種高密度水 (CRw p) には有意差 (P<0.01) が見 ら れた (図 4 ) 。 ま た, 休眠卵に関 し ては, 21日間の実験期間中には産 出 さ れな か っ た。IV 考察
高密度条件下での飼育 に関 し て, Hobaek and Larsson
(1990) や Kleiven et al. (1992) が報告 し ているよう に,
日本産の D. simins (Hiraike strain) におい て も , 雄産仔 の割合が増加 し , Bums (2000) が報告 し てい るよ う に, 大 き さ , 成長率, 1 回の産仔数が低下す る と予想 し てい た。 し かし, 同種の高密度水と 異種の高密度水での飼育 で以下のよ う に結果が異 な っ てい た (表 2 ) 。 同種高密度水 (c Rw s) の場合, 成長率が高 く , 総産 仔数は変 わら ない と い う 結果が出 た。 こ れは, 同種が多 い と 察知 し , 新 し い仔虫 を産仔す るエネ ルギーを成長す るために使い, 一個体の体長 を大き く す るこ と を優先す る こ と を選択 し てい る と 考え ら れる。 ま た, 同種高密度 水 (CRw s) の場合, 総産仔数は変 わら ないが, 雄の産 仔の割合が増加す る と い う 結果が得 ら れた。 こ れは, 個 体数 を増加 さ せ るこ と よ り も , 雄の産仔割合 を増加す る こ と で有性生殖に有利 な状況に し, 休眠卵 を作り やす く し てい る と 考え ら れる。 休眠卵 と し て種 を残すこ と で, 長期的 な種の存続 を図 っ てい る と 考え ら れる。 I). s,m,11s 表 2 高密度条件が 0. s1fn1/1s のライ フサイ クルへ及ぼす影響 生存率 STW と CRW の間に大き な違いは見られない 総産仔数 STW と CRW の間に大き な違いは見 ら れない 成長率 CRWs (同種) > CRWp (異種) > STW 雄の割合 CRWs (同種) > STW> CRWp (異種) 1 5 1 4 1 3 1 2
n
笠 原 恵 三 木 美 奈 (Hiraike strain) におい ては, こ の考え方が適用で き る が, 日本 に生存す る D. pule:)c におい ては, 有性生殖 を 行わずに, 休眠卵 を作 る こ と がで き るこ と が明 ら かにな っ てい る た め (So et al 2015) , D. slm11is と は異な っ た 結果が得 ら れる可能性があ る。 異種高密度水 (c Rw p) の場合, 総産仔数は変わら な いが、 雄産仔割合が少 ない と い う 結果が得 ら れた。 こ れ は, 異な る種の個体数が増加 し て き たこ と を察知 し , 雄 を産仔 し たり 成長 し たり す るエ ネ ルギーを単為生殖に使 い, 雌の個体数 を増加 さ せる こ と で自 ら の種が有利 にな る ための生存競争の術 で あ る と 考え ら れる。
こ のよ う に, D. slm11is (Hiraike strain) は, 高密度条 件によ っ て成長率や雌雄比に影響 を受け ており , 同種 と 異種の高密度水に対す る影響が異なるこ と が明 ら かと な っ た。 こ れま で , D magna におい て, 幼若 ホルモ ンやそ の類似体が産仔数減少や雄産出の誘導に関係 し てい る こ と が報告 さ れてい る (Tatarazako et al 2003, 0da et al. 2005) 。 こ のこ と と 実験結果から , 高密度状態であ る こ と を察知 し たそ れぞれの Daphnia が何 ら かのホルモ ン を 出 し , その結果, 成長率や雌雄比に影響が出たと も考え ら れる。 以上のこ と から , 湖や沼 におい て, 異種の個体が多 く な り , そ れを察知す る と , 同種の個体 を成長 さ せ同種の 雌個体 を産出す る。 同種が高密度状態にな る と , 雄の産 仔割合 を高 く し , 有性生殖 を行う こ と で, 休眠卵 を作成 し長期的な種の生存 を図る と 考え ら れる (図 5 ) 。
'.
f
、
l
it
異種の個体数が多い 同種の産仔数を増加 オスの産仔数を増加 ・●
,
休眠卵を作成図 5 D. simms (Hiraike strain) の高密度条件下で
の ラ イ フ サイ ク ル.
V 引用文献
1 . Bums C. W. (1995) Effects of crowding and di fferent food levels on growth and reproductive
investment of Daphnia. Oeco1ogia 101(2) : 34-244. 2 . Bums C. W. (2000) Crowding-induced changes in
growth, reproduction and morphology of D aphnia. Freshwater Biology 43 : 19-29.
94
3 . Heogen J. C. (1987) Feeding rate inhibition in crowded
Daphnia pulex. Hydrobio1ogia 154 : 113-119.
4 . Hobaek A., and Larsson P. (1990) Sex determination in D aphnia magna. The Ecological Society of
America 71 (6) : 2255-2268.
5 . 笠原恵, 工古田伊代, 横山美奈 (2018) 加東市平池
に 生 息 す る ミ ジ ン コ a ma o と ap ma szmzlis の ラ イ フ サイ ク ル に つ い て . 兵庫 教育大学
研究紀要 53 : 85-90.
6 . Kleiven 0. T., Larsson P., and Hobaek A. (1992) Sexual reproduction in Daphnia magna requires three
stimuli. 0ikos 65(2) : 197-206.
7 . 0da S., Tatarazako N., Watanabe H., M orita M., and Iguchi T. (2005) Production of male neonates in four cladoceran species exposed to a juvenile hormone analog, fenoxycarb. Chemosphere 60 : 74-78.
8 . OECD guideline for the testing of chemicals : Daphnia magna reproduction test. (2012)
9 . 田中正明 (2002) 日本淡水産動植物 プラ ンク ト ン図
鑑. 名古屋大学出版会 pp 584.
10. Tatarazako N., 0da S., Watanabe H., M orita M., and Iguchi T. (2003) Juvenile horomone agonists affect the occurrence of male Daphnia. Chemosphere 53 :
837-833.
11. So M., 0htsuka H., Makino W., Shida S., Kumagai
H., Kenyu Y. G., and Urabe J. (2015) Invasion and molecular evolution of Daphnia pule)c in Japan. Limnology and Oceanography 60(4) : 1129-1138.
12. 渡辺仁治 (1966) 大和郡山におけ る Daphnia s,m,11s CLAUS の出現. 陸水学雑誌 27(2) : 83-88.
