カイコガのオスがメスを探索する行動の”なぞ”に迫る

カイコガのオスは普段は動かないのですが、左の動画のようにメスがいるとそれに反応して、激しく羽ばたきながらメスを探す行動を起こします。この行動のしくみを実験によって調べていきましょう。

以下の問を考えながら実験していきましょう。

問１　カイコガのオスはメスをどのような感覚を使って探すのでしょう．それを明らかにする実験を考えてみよう．

オスのカイコガはメスと近づけると、はばたきならがジグザグに歩いてメスを探す行動を示します。

実験１．メスをガラスの容器に閉じ込めます。カイコガが閉じ込められているときは、オスは反応しません。容器のふたをとるとしばらくしてオスは反応してメスを探し始めます。この実験から問１を考えてみましょう。

カイコガのメスはおしりにあるフェロモン腺から性フェロモンを放出します。この物質がオスを興奮させ、羽ばたきながらジグザグに歩いてメスを探す行動を引き起こしていたのです。フェロモンの成分は、ブーテナントによって１９５９年にはじめてその化学構造が明らかにされたのです。

カイコガのメスはおしりにあるフェロモン腺

問２　フェロモンの“匂い”の感覚器はどこでしょう．それを明らかにする実験を考えてみよう．

実験２．触角のある正常のオスカイコガと触角を切り取ったオスカイコガをフェロモンで刺激してみましょう。
触角のあるカイコガは羽ばたきながら歩行を始めますが、触角のないカイコガはまったく動きません。この実験からなにがわかったでしょう？

問３  匂いには匂いとしてわかるにものとわからないものがあることはどのような実験からわかるでしょう．実験２と実験３から考えてみよう．

実験３．フェロモンの匂いをかいでみよう。

問４． フェロモンはメスのどこから出ているだろう？

実験４．フェロモンを抽出してみよう。フェロモン腺を切り取ってヘキサンでフェロモンを抽出してみましょう。抽出溶液でカイコガのオスの触角に刺激を与えてみましょう。

問５．匂い源を探す時になぜ「ジグザグクルリン」の歩行パターンをとるかを考えてみよう．

実験５．カイコガの触角にフェロモンをパフ状に吹きかけてみよう。フェロモンの一瞬の刺激によって、カイコガは直進、ジグザグターン、そして回転歩行という一連のパターン化された行動を示します。この一連のパターンのことを「ジグザグクルリン」といいます。刺激がある間は直進し、刺激がなくなるとジグザグターンから回転に移っていきます。ジグザグターンの回転のおおきさはターンごとに大きなって行きます。そしてこのプログラム化された行動は、フェロモンの刺激ごとにはじめからくりかえされるのです。

左触角にフェロモンを吹きかけると。

右触角にフェロモンを吹きかけると。

問６．頭部，胸部，腹部にある脳（神経節）は 行動をおこす上でどんな役わりをしているのでしょう．実験６を参考に考えてみよう．

昆虫の体は頭部・胸部・腹部からなりますが、それぞれに神経節がありそれらがつながり神経系ができています。
神経節は、たくさんの神経細胞からなり、神経の情報処理をおこなる神経回路からできています。

実験６．カイコガの神経系（右図）の役割を調べるためにフェロモンで刺激をしてカイコガが羽ばたき・歩行している状態で、
A:触角を切除します。神経系の図のXのところで切断されます。
　（カイコガは羽ばたき・歩行を続けます。）
B:頭部を切除します。神経系の図のYのところで切断されます。
　（脚が地面についていると動きませんが、脚が地面から離れると羽ばたきや脚の動きがみられます。）
C:カイコガの脚を地面から話します。
　（脚が地面についていると動きませんが、脚が地面から離れると羽ばたきや脚の動きがみられます。）
D:腹部を切除します。神経系の図のZのところで切断されます。
　（脚が地面についていると動きませんが、脚が地面から離れると羽ばたきや脚の動きがみられます。）

この実験の詳細は以下のビデオでご覧ください。

ビデオ

オスのカイコガの触角を基部から切り取ります。切り取った触角の先端も少し切り取り、触角の基部と先端に電極を取り付けます。それによって、触角にある匂いセンサ（嗅覚受容細胞）が反応性して生物電気（ここでは触角電位）を計測することができます。

小型ドローン（TELLO）にオスカイコガの触角を左右に２つ匂いセンサーとして搭載しました。メスのフェロモンの匂いに反応してメスに向かってドローンは飛行しました。
（ドローン製作・提供：祐川侑司）