水面直下にニッチをもつ昆虫の疎水性-親水性超微細リング構造の生理・生態学的解明

生物体表を介した空気や水の界面とのバランスのとれた関係は生存のために不可欠であり、それぞれのニッチの中で進化上ほぼ最適化されている。たとえば、水面上で生活しているアメンボは、疎水性の脚により水面に立ち、素早く水面を滑走することができる。また、水中生活をおくるゲンゴロウでは親水性の体表構造や疎水性の物理的鰓をもち、その特性に注目した研究がなされている。しかし、水面直下をニッチとする生物の研究は皆無であった。本研究では、水面直下にのみ生活域をもつ生物（マダラホソカの幼虫）が、如何なるメカニズムにより水環境との関係を制御し、水面直下に棲息しているのかを解明する。生きた状態のまま電子顕微鏡で高分解能観察できる新技術 (NanoSuit法) を中心に据え、構造解明に基づき機能を明らかにする。また、これまでに報告のある水生昆虫や、未報告の水生昆虫を「疎水性-親水性の組み合わせ」という視点で情報を集積し、生物に共通する特性を探索する。前年度までの観察・解析から、マダラホソカの幼虫が、腹部にある「超疎水性-超親水性の複合構造」により水面接着を効果的に可能にし、且つ遊泳運動を制御していることがわかった。さらに、NanoSuit法に元素分析法を組み合わせる新技術(NanoSuit-EDS法)により、いろいろな水生昆虫を用いて生体元素や金属元素を指標に生きた超微細構造の解析をおこなった。その結果、親水性溶液中に含ませた標識元素が特異的に結合している微細構造が確認され、マダラホソカ幼虫以外の生物でも超疎水性と親水性の構造を併せもつことが明らかになった。なお、これらの微細構造はNanoSuit法により生きた状態のまま観察・解析したときのみ確認が可能であった。

生物体表を介した空気や水の界面とのバランスのとれた関係は生存のために不可欠であり、それぞれのニッチの中で進化上ほぼ最適化されている。たとえば、水面上で生活しているアメンボは、疎水性の脚により水面に立ち、素早く水面を滑走することができる。また、水中生活をおくるゲンゴロウでは親水性の体表構造や疎水性の物理的鰓をもち、その特性に注目した研究がなされている。しかし、水面直下をニッチとする生物の研究は皆無であった。本研究では、水面直下にのみ生活域をもつ生物（マダラホソカの幼虫）が、如何なるメカニズムにより水環境との関係を制御し、水面直下に棲息しているのかを解明する。生きた状態のまま電子顕微鏡で高分解能観察できる新技術 (NanoSuit法) を中心に据え、構造解明に基づき機能を明らかにする。また、これまでに報告のある水生昆虫や、未報告の水生昆虫を「疎水性-親水性の組み合わせ」という視点で情報を集積し、生物に共通する特性を探索する。前年度までの観察・解析から、マダラホソカの幼虫が、腹部にある「超疎水性-超親水性の複合構造」により水面接着を効果的に可能にし、且つ遊泳運動を制御していることがわかった。さらに、NanoSuit法に元素分析法を組み合わせる新技術(NanoSuit-EDS法)により、いろいろな水生昆虫を用いて生体元素や金属元素を指標に生きた超微細構造の解析をおこなった。その結果、親水性溶液中に含ませた標識元素が特異的に結合している微細構造が確認され、マダラホソカ幼虫以外の生物でも超疎水性と親水性の構造を併せもつことが明らかになった。なお、これらの微細構造はNanoSuit法により生きた状態のまま観察・解析したときのみ確認が可能であった。