吸って刺す

1862 年の 1 月の日、使者が博物学者チャールズ ダーウィンに小さな箱を手渡しました。そこは植物学者の友人が送ってくれた花でいっぱいだ。熱帯地方やアフリカからのエキゾチックな標本もあります。ダーウィンは花を一つ一つ丁寧に取り除いていきます。それから彼は立ち止まります。彼の目の前の箱の中には、大きくて真っ白な蘭が入っています。細い拍車が花から垂れ下がり、その筒は前腕ほどの長さです。ダーウィンはそのような花をこれまで見たことがありませんでした。彼は管を切り開くと、先端に乾燥した蜜の小さな結晶を発見しました。

当時、ダーウィンは昆虫がどのようにして花に受粉するのかという問題に取り組んでいました。さまざまな花の形があり、それぞれの花に受粉できる動物がいることは彼にとって明らかでした。しかし、彼の手にある花は彼を困惑させます。 「親愛なる天よ、どんな虫がこれを吸うことができるのでしょう」と彼は後に友人に書いた。彼は、この花「マダガスカルの星」の故郷には、管の先端から蜜を吸うことができる動物がいるに違いないと確信しています。しかし、この動物はどのように見えるべきでしょうか？その幹は蜜に到達するまでにどれほど信じられないほど長いのでしょうか？この質問により、ダーウィンは未知への真の探求を開始します。探索は 1903 年まで続き、動物学者たちがついにマダガスカルの森でこの動物を発見しました。それは堂々とした蝶であり、口吻を実際に十分に伸ばすことができるスズメガです。彼らは彼を「予告されたもの」を意味する「プラエディクトゥス」から、クサントパン・モルガニ・プラディクタと名付けた。口吻の長さは最大 28 センチにも達するキサントパンは、今でも最も印象的な口器を持つ昆虫の 1 つです。

古代現象を解明する新技術

蝶だけでなくミツバチやスズメバチなど、花の蜜を食べる昆虫はたくさんいます。植物の汁を狙うアブラムシや、吸血を好むアブ、ノミ、ダニなど、食べ物を得るために噛んだり吸ったりする動物もいます。それぞれの動物は独自の食事方法を開発しました。 「マダガスカルの星」の逸話が示すように、自然科学者は動物の吸汁道具に長い間興味を持ってきました。しかし、研究が実際に勢いを増したのはここ 20 年間で、たとえば高解像度デジタル カメラなど、非常に精巧に作られたツールを詳しく観察できる技術的な装置が利用可能になってからです。

蝶がどのようにしてこのような長くて細い口吻を通して粘性の蜜を吸うのかは長い間謎でした。ストローで蜂蜜を飲もうとしたことのある人なら、成功するためにどれだけの負圧を生み出す必要があるかを知っています。蝶の研究者たちは長い間、「ストローのパラドックス」について語ってきました。それは、蝶は物理的に必要な吸引力を生み出すことができないということです。しかし、彼らはまだ蜜を飲むことができます。数年前、米国のクレムソン大学の科学者たちはこの矛盾を解決しました。彼らはオオカバマダラから、蝶はただ吸うだけではないことを観察しました。むしろ、硬い蜜を幹から搾り出すために、幹をリズミカルに変形させます。先端の開口部を広げたり、特に幹の側壁に血液のような液体を注入したりすることができます。側壁を交互にポンピングしたり弛緩させたりすることで、果汁を頭部に運ぶことができます。

咀嚼器具の更なる発展

中央ヨーロッパでは、吸血昆虫や刺突吸血昆虫に遭遇するのは通常、春と夏です。すると庭のコーヒーテーブルの上にあるケーキがスズメバチに襲われます。そして、蚊は夜に大きな音を立てて頭の周りを飛び回り、人々の眠りを妨げます。ハラルド・クレンは一年中、昆虫の口器を使って仕事をしています。ウィーン大学の動物学者は、電子顕微鏡で数十の吸引装置を撮影し、その構造を分析しました。 「驚くべきことは、昆虫のさまざまなグループが進化の過程で互いに独立して吸汁を発明したことです」と彼は言います。吸引装置は元の同じ咀嚼器具から発展しましたが、目的や適用範囲に応じて非常に異なる形状になりました。すべての吸引器具に共通しているのは、予想に反して、複数の部品で構成されているということです。したがって、これらは単純なチューブやホースではありません。むしろ、同じ名前の映画シリーズのトランスフォーマーのように、多くの昆虫は飲む前に、口器を伸ばして折り畳んで吸引器具を形成し、空洞が形成されます。

吸血者の道具は特に興味深く、繊細です。たとえば、蚊の刺咬装置の先端は、歯が取り付けられた一対の細長い刃で構成されています。ピアスをするとき、それらは互いに押し付けられ、糸鋸のように皮膚に打ち込まれます。先端には 2 つの通路があり、1 つは血液が吸い込まれる通路、もう 1 つは唾液が皮膚に入る通路です。これには、注射部位を麻酔し、血液凝固を阻害する物質が含まれています。ノミの先端も2つに分かれています。それは動物の頭のレバーに取り付けられており、筋肉によって張られています。レバーが作動すると、先端が被害者の皮膚に突き刺さります。小さなノミは人の厚い皮膚を貫通することもあります。先端は削岩機のように、1 秒間に数回、傷口に当たります。

吸引装置の精密機構に関する知識はまだ浅いです。韓国の研究者が蚊が血液を送り出す仕組みを発見したのは、わずか10年ほど前のことだ。照明用のレーザー、顕微鏡、高速度カメラを備え、動物たちが水を飲む様子を観察した。蚊の頭にポンプ器官があることは以前から知られていました。それらがどのように機能するのかは不明でした。高速映像で韓国人らは、両方の吸引ポンプが連携して作動し、次々に開いたり縮んだりして、口から蚊の腸に血液を運ぶ様子を初めて確認した。

ハラルド・クレンが撮った電子顕微鏡写真を見ると、恐怖と不安を感じることができます。一部の口器は拷問部屋の器具に似ています。たとえば、マダニは 2 枚の粗い歯の刃を持っており、これで皮膚に穴を開けます。それが十分に大きい場合は、後ろにとげの付いた太いとげを押し込み、傷口にしっかりと固定します。この「ヒポストーム」は蚊に似ており、血液と唾液の経路が 1 つずつあります。マダニは5～7日間皮膚にしっかりと留まり続けます。この間、彼女は体重の200倍の血液を飲みます。アブや刺咬ハエは、刺す口吻を回転させて皮膚を切ったり突き刺したりします。これにより大量の出血が引き起こされ、発作後に傷口から血液が流れ出すため、夏には多くの歩行者や自転車に乗る人が悩まされています。ハエは出てくる血液を吸い出すか、皮膚の下の小さな出血を食べるだけなので、生物学者はハエを「プールフィーダー」と呼んでいます。

舐めミツバチ

植物の汁を飲む動物は、それほど好戦的ではありません。たとえば、蜜を集める人々の間で象徴的な存在であるミツバチです。驚いたことに、ミツバチはうまく吸うことができません。むしろ、粘稠な蜜を舐めつくします。これを行うために、彼らは細い毛でできた毛皮を持つ一種の舌を突き出します。蜜はこの毛の間に詰まります。ミツバチが再び舌を引っ込めると、蜜が毛皮から絞り出され、喉の中に押し込まれます。

一方、スズメバチは腐った果物をかじったりなめたりすることを好み、果汁だけでなく植物の繊維も摂取します。 「なぜこれらの植物繊維が、スズメバチの細い腰を通って腹部に続く細い腸に詰まらないのか疑問に思いました」とクレン氏は言う。これにより、彼はスズメバチが食べる様子を観察するというアイデアを思いつきました。これを行うために、修士課程の学生ケネス・クバ氏とのチームで、直径数マイクロメートルのガラスビーズを加えた花蜜溶液を動物に与えた。トリック: 2人は事前に、X線に使用される造影剤の硫酸バリウムでガラスビーズを着色していた。スズメバチが食事を終えた後、クレンさんとクバさんは小型のX線装置で写真を撮りました。スズメバチがビーズを後で吐き出すために頭の小さなポケットに保管していることは明らかでした。彼らは実験を繰り返したところ、スズメバチがサイズに基づいてビーズを特別に濾過していることがわかりました。直径が 152 マイクロメートルを超えるビーズは袋の中に詰まっていました。小さいものは妨げられずに腸を通過しました。

吸汁害虫

トーステン・ウィルは昆虫が食事をする様子も注意深く観察しています。クヴェトリンブルクの連邦栽培植物研究所であるジュリアス・キューン研究所の生物学者は、農業に大きな被害をもたらす可能性があるアブラムシを専門としています。 「気候が温暖化するにつれて、アブラムシはますますうまく冬を乗り越えられるようになります」と彼は言います。気温が数日間氷点下に下がった場合にのみ死にます。 「この点で、私たちは将来さらに多くのことを成し遂げることになるでしょう。トルステン・ウィルは、特に、栽培植物の原種や野生形態におけるアブラムシに対する防御戦略を模索しています。なぜなら、これらの植物の中には、より危険な植物があるからです。」新品種よりも強い。アブラムシは信じられないほど早く繁殖します。彼らは生後わずか1週間で性的に成熟します。その後、30～40頭の子孫を残します。アブラムシは一度発生すると爆発的に増えます。

これは植物にとって良くありません。あまりにも多くの動物がそれを吸うと、多くの栄養素と水分が失われ、暑い夏には干ばつのストレスにさらされる可能性があります。葉は早く枯れてしまい、花も咲きません。アブラムシは非常に賢いため、植物は攻撃にまったく気づいていないことがよくあります。アブラムシの口吻は植物の外皮を突き抜けるほどしっかりしていますが、それでも柔軟です。これにより、アブラムシは慎重に口吻を植物の細胞を通過し、空間を通って維管束に到達し、そこで水と栄養素が植物内に流れ込みます。

「アブラムシが細胞を噛むと、警報が鳴る可能性があります」とトルステン・ウィルは説明する。 「植物は、アブラムシの食欲を損なう過酸化水素などの攻撃的な物質を生成して反応します。しかし、例えば、アブラムシを怖がらせる香りを放つなど、本来は魅力のない植物もあります（科学 10 /22 の写真）。」 、「 適応のグリーンマスター」）。

アブラムシが食べる様子を観察する

クヴェードリンブルクにある彼の研究室で、トルステン・ウィルはアブラムシがどれだけ植物を好むかを測定できる装置を設置した。これを行うために、彼はアブラムシの背中に小さな電極を取り付け、測定装置を介して植木鉢の中にある 2 番目の電極に接続します。アブラムシが植物を噛むと回路が閉じます。システムは「アブラムシが食べています」という信号を発します。アブラムシが長時間吸汁し、その後消化するためにさらに長い休憩を取る場合、これは植物が攻撃に対抗する手段がほとんどないことを意味します。しかし、アブラムシがより頻繁に植物を刺し、さまざまな場所で運を試す場合、その植物には動物を阻止する物質が含まれている可能性が高くなります。 「これらは植物の防御機構に関する重要な手がかりであり、育種にとって非常に興味深いものとなる可能性があります」とウィル氏は言う。

スズメガ、アブラムシ、アブ、さらにはダニなど、吸盤の種類は多岐にわたり、昆虫に限定されません。ボン大学の研究者らは最近、ヤスデの一部の種には吸引ポンプがあるため、液体を吸い込むこともできることを発見しました。ボンの動物学者アレクサンダー・ブランケ氏は、吸引ポンプの原理は明らかに約1億年にわたる進化の過程で何度か独立して発展してきたと述べている。

しかし、吸う動物と穴をあけて吸う動物を善と悪、血液と植物の専門家に分けようとする人は、注意が必要です。なぜなら、その中には羊の皮をかぶったオオカミや吸血動物が吸蜜者に多いからです。東アジアやシベリアに生息するカリプトラ属のフクロウチョウも動物や人の血を飲むのが好きです。彼らの口吻の先端には、蚊のグループの遠い親戚のものと同様の剛毛があります。乳を吸う動物の王国では、さまざまなことが可能です。