2020 Fiscal Year Research-status Report
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
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20K06071
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| Research Institution | Hamamatsu University School of Medicine |
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Principal Investigator |
高久 康春 浜松医科大学, 光尖端医学教育研究センター, 特任研究員 (60378700)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
針山 孝彦 浜松医科大学, 光尖端医学教育研究センター, 特命研究教授 (30165039)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水生昆虫 / 疎水性 / 親水性 / NanoSuit |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昆虫の体表面物質や表面構造によって制御されている界面の濡れ性などの特性、およびその体表面における配置などは、生物の生存のために重要な要因であり、生物の種それぞれで特殊化している。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) により、マダラホソカ幼虫の体表にみられる疎水性―親水性のリング状複合構造を調べた。その結果、微細構造の形態的特性により、異なる濡れ性が生じていることが明らかになった。また、リング状複合構造により、幼虫が水面に下方から張り付く力は非常に強いことも明らかになった。一方、個体の遊泳運動を高速度カメラ撮影により連続解析すると、体前方を左右にくねらせて水面直下を泳ぐことがわかった。このとき腹側の複合構造は水面に接触したまま、頭部および胸部を“くの字”に曲げて推進力を生みだしているにもかかわらず進行方向は直線的であり、複合構造部分が推進時の方向安定性に寄与していることが示唆された。これらの機能と、疎水性・親水性部位との関連を精査すると、疎水性の特性により水面に接着し、親水性の特性を利用して安定した線的遊泳を可能にしていることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度は、生物に対するNanoSuit法による観察・解析法の最適化を図り報告した（Takehara and Takaku et al, 2020; Takaku et al, 2020）また、リング状複合構造における疎水性―親水性の特性と運動メカニズムとの連関を解明することに成功し論文を作成・報告した（Suzuki and Takaku et al, 2021, in press）。さらにこれらの成果に基づき、疎水性―親水性のリング状複合構造に注視した関連研究を継続中である。研究の進捗状況は、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
親水性構造の特性により線的な遊泳が制御されていることが明らかになったが、次年度は、自然遊泳中のエソグラムの作成、試料を強制的に水中に引き込むなどの縦方向への位置変化時の複合構造部分の挙動、あるいは水流などにより水平方向への力を作用させた際の行動変化を記録し流体力学上のシミュレーションを行う。また、疎水部位を局所的プラズマ照射により親水性に変えた場合、もしくは親水部位を疎水溶液処理により疎水性に変化させた状態で、生体およびモデルを用いて同様の解析にも取り組む。さらに、マダラホソカ幼虫以外の他の多くの水棲生物に焦点を当て、このような複合構造や機構の有無を探索する。NanoSuit法による形態観察、およびNanoSuit-EDS法（Takaku et al, 2020）による新しい解析法により網羅的に精査する。
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| Causes of Carryover |
研究の進展状況や関連研究との連関を考慮し、予定をはやめて初年度に論文による複数の報告をおこなった。このような変更にともない、次年度以降に研究経費の重点をおく研究スケジュールに改めた。
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