昆虫体系学教室における研究と教育

 昆虫体系学研究室は,1896年に松村松年を初代教授として開講され,昆虫を材料とした生物多様性の解明に取り組んできました.昆虫類は全生物の約半分を占めるほど多様なグループです.昆虫体系学研究室では,なぜこれほど多様な形態や,生活史や,行動が昆虫において進化してきたのかを,さまざまな手法を使って明らかにしようとしています.美麗なチョウの翅も,奇怪なクワガタの大顎も,複雑な寄生昆虫の生活史も,選択の働きを通して進化してきました.本研究室では,昆虫類の持つさまざまな性質を,進化のメカニズムとプロセスに注目して理解することをめざしています.昆虫類は多くの個体が比較的容易に手に入り,飼育も比較的容易なため,たいへんに優れた実験材料です.昆虫体系学研究室では,農業害虫だけでなく,さまざまな昆虫グループから材料を選んで基礎的な生物学(分類学,系統学,進化学,集団遺伝学,生態学,行動学)の研究を行っています.総合博物館の大原昌宏准教授とも協力し,フィールドでの調査と室内での実験を組み合わせた研究が主流となっています.農学部の中では多少異質な研究室ですが,常に世界に視野を広げ,国際的なレベルの研究をめざしています.
 以下では,昆虫体系で現在取り組んでいる研究を紹介します.


<昆虫の分類学> 分類学はすべての自然史研究の基本となる学問ですが,近年,日本でも欧米でも,分類学者の数は減少しています.昆虫体系では伝統的に分類学を手がける研究者が多く,また自然史研究では必須の,多量の昆虫標本を保管しています.生物多様性の重要性が叫ばれる中,多様性を解明する技術を持った分類学者が減少していくことは重大な問題です.昆虫体系では,豊富な昆虫標本に基づいて昆虫の分類学者を養成することを目指しています.分類学研究から得られる情報はきわめて重要で,それまで全く知られていない新事実を数多く提供してくれます.後述の研究例はすべて,本研究室での分類研究からの情報を発展させたものです.生態学,行動学の研究室は数多くありますが,本研究室は分類研究から得られた真にオリジナルな知見を生かした自然史研究をめざしている点に最大の特徴があります.

kuwagata <植食性昆虫の種分化> 植物を餌とする昆虫を植食性昆虫といいます.ほとんどの植食性昆虫は,それぞれ決まった植物しか利用できません.同種であっても,餌植物が異なる集団間では,雑種がうまく育たない例も知られています.つまり,植食性昆虫は容易に餌植物を換えることができず,餌が違うだけで生殖的に隔離されます.では,新たな餌植物への進出はどのようなメカニズムで起こるのでしょうか?海峡や山脈の形成による地理的な隔離と比べ,新たな餌植物への進出はどの程度,種分化に寄与できるでしょうか?本研究室では,餌植物の範囲を決めている遺伝基盤や,餌植物が異なる集団間での遺伝子交流に焦点をあてて,植食性昆虫の種分化機構に迫っています.一見,昆虫だけの問題にも思えますが,新たな環境への適応がどのように生物全体の多様化を引き起こしたかを知る上で,植食性昆虫は重要なモデルケースになりつつあります.

kuwagata <日本の昆虫相の成立史> 日本列島の生物相が多様なことはよく知られています.なぜこの列島に驚くほど多様な生物が生息しているのでしょう.その理由を知るためには,第四紀の気候変動に注目する必要があります.繰り返し生じた氷期によって,ヨーロッパや北米中部では,生物相の大部分が破壊されました.これに対して,日本列島は暖流の影響によって氷河の影響をまぬがれ,第三紀の生物相のかなりの部分が残されました.本研究室では,日本列島の昆虫相がどのようにして成立したのかという問題を,分子系統樹を構築することによって解き明かそうとしています.氷期には,日本列島南部の何カ所かに「避難所(レフュージ)」が生じ,温帯性の生物がそこで生き延びました.氷期後の温暖化とともに避難所から北へ分布域を広げることによって,現在の日本列島の生物の分布が作られことが明らかになりつつあります.避難所に隔離されている間に遺伝的分化が進み,種分化にまで至った場合も知られています.日本列島全体を通して系統地理学的変異を調べることによって,生物の分布の歴史に迫ろうとしています.

kuwagata <サッポロフキバッタの種分化と配偶行動の分化> サッポロフキバッタは北海道に普通に見られる飛べない(翅の退化した)バッタです.こうした移動力が限られている昆虫は,種分化の過程を調べるのに絶好の材料です.このバッタを用いて,ロシアやポーランドの研究者と10年近くも共同研究を続けてきました.その結果,道東地域に分布する集団は,道央部の集団とは性染色体のシステムが異なっており,別種のレベルにまで分化していることが明らかになりました.現在は,細胞遺伝学,分子系統学,集団遺伝学の手法を駆使して,どこで2つの集団が接触しているか(交雑帯)を明らかにすべく調査を続けています.配偶行動の点でも,このバッタには集団間で興味深い変異が見られます.オスーメス間の性的対立という観点から,配偶行動に変異が生じた原因を詳しく調べる予定です.

kuwagata <シラミの起源と形態進化> シラミは鳥と哺乳類に外部寄生し,毛や羽毛または血液のみを食物として,寄主上ですべての生活サイクルを完結する極めて特殊な昆虫です.シラミの起原の背景には,栄養的に片寄った食物での生存を可能にする内部共生微生物との共生関係の成立や,外部・内部形態の適応的大革新といった興味深いテーマがたくさん含まれています.シラミが,どのグループから,いつ,どのように起源したのか?塩基配列,分子の立体構造,共生微生物,形態の微細構造など,利用できるあらゆる情報を用いて,その解明を進めています.またシラミの生活する鳥や哺乳類の体の上という環境は,他の昆虫の生活する環境と違い,温度や湿度も一定で,非常に単純です.そのため,シラミに見られる形態の違いは,その機能を理解することが比較的容易にできます.シラミの系統発生像に,形態進化や寄主転換の情報を照らし合わせることで,形態の進化がどのような背景のもとで起こってきたのかを明らかにしようとしています.

kuwagata <虫こぶを形成するアブラムシの形態や行動の進化> 北海道で秋の風物詩になっているユキムシは,虫こぶを形成するアブラムシの一群に含まれます.ユキムシはヤチダモ上でクローンのオスとメスを生み出すため,容易に近親交配を強制することができます.数多くの近親交配系を作り,さまざまな特性を比較することで,劣性有害遺伝子の働きや形質間の関連性を詳しく分析することが可能になります.ユキムシの幼虫では,腹部の生殖腺の発達と脚の発達とがトレードオフ(負の相関)の関係にあることがわかりました.こうした知見を積み重ねることで,ユキムシの形態進化が少しずつ明らかになってきました.

<研究室の構成・進路 (2007年現在)> COE研究員1, 専門研究員1, 博士課程6, 修士課程9, 学部1.過去15年間で,昆虫体系に所属した学部学生のうち83%は修士課程まで,38%は博士課程まで進学しています.