森林における枯死材からの温暖化ガス放出に及ぼす穿孔性昆虫とその腸内微生物の影響

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枯死材は森林における主要な炭素リザーバーであり,その分解過程の解明は森林の炭素収支の評価や予測においてきわめて重要である。枯死材の分解には,微生物による化学的分解(腐朽)と穿孔性昆虫による物理的な分解(穿孔・破砕)の双方が寄与しており、これらの相互作用によって枯死材の分解は促進されると考えられる。本研究では、腐朽材に穿孔するクワガタムシ科昆虫を材料として、枯死材分解における穿孔性昆虫-微生物の相互作用を明らかにすることを目的とした。これまで、腐朽材を食べる昆虫は微生物によって低分子化された木材成分を摂取していると考えられてきた。しかし本研究では、白色腐朽材を専食するコクワガタの幼虫は、腐朽材に含まれる白色腐朽菌菌糸を主な栄養源にしていることが明らかになった。このことは、枯死材の分解プロセスの初期～中期段階において、菌類による腐朽とそれに続く昆虫による穿孔・摂食との間に密接な関係が存在することを示唆している。また、白色腐朽材食クワガタムシの雌成虫腹部から新規の微生物共生器官(マイカンギア)を発見し、その中に存在するキシロース資化性酵母の分離株と、その核DNAのITSおよびLSU領域の塩基配列を取得した。また、窒素固定遺伝子特異的なプライマーを用いたPCRにより、この共生器官には窒素固定細菌も存在することが明らかになった。これらの微生物は成虫の共生器官から子孫へと伝播され、クワガタムシ幼虫の栄養摂取を助けていると考えられる。枯死材は菌類によって分解を受け、穿孔性昆虫による摂食が促進される。昆虫の穿孔に伴ってキシロース資化性酵母や窒素固定細菌などの共生微生物が持ち込まれ、枯死材の分解はさらに促進される。このように、枯死材の分解は昆虫と複数の微生物による正のフィードバックを持つカスケードとして理解することができる。