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2013 Fiscal Year Research-status Report

昆虫のマルチモーダル感覚情報利用システムの解明

Research Project

Project/Area Number 24580075
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

深谷 緑  東京大学, 農学生命科学研究科, 特任研究員 (80456821)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高梨 琢磨  独立行政法人森林総合研究所, 森林昆虫研究領域, 主任研究員 (60399376)
Keywords情報生態学 / 多種感覚情報 / 振動 / 視覚 / 昆虫行動 / 回避行動 / クロスモーダル
Research Abstract

H24年度までは主に配偶認知における視覚・嗅覚・振動感覚のマルチモーダルな感覚統合利用についての結果を得、報告してきたが、25年度は主に外敵を回避する行動における新規な知見を得た。まず回避行動の一つである「落下」を誘導する要因を確認する実験をマツノマダラカミキリ、キボシカミキリで行ったところ、成虫の落下反応は材に伝わる固体振動のみでは起きにくく、黒色の物体提示による視覚刺激で誘導され、更に視覚刺激と振動を同時に与えたとき著しく増大した。以上から回避行動における視覚と振動刺激のクロスモーダルな協調作用の存在を証明した。またマツノマダラカミキリにおいては成熟個体は未成熟個体よりも落下しにくく、特に視覚刺激提示のみでの落下率は成熟雄で低いことが明らかになった。この落下率の差は、落下による交尾の機会損失のコストの差によるものと推測され、情報の意味の文脈依存性も示された。
カミキリ科では嗅覚反応の視覚情報による強化がゴマダラカミキリの配偶定位でのみ報告されていたが、今回、防御行動における嗅覚と視覚情報の統合利用がオオアオカミキリで確認された。即ち本種は同種個体が放出する刺激性物質(警報物質)によりフリーズ反応等を示し、また視覚刺激では触角反応を示すが、警報物質と強い視覚刺激が存在するとき威嚇行動が誘導される「行動スイッチング」が見られた。
一方、捕食時に作用する毒・あるいは苦み成分を持つ寄生蜂ウマノオバチのメスが、視覚情報である警告色とともに嗅覚情報である警報物質を放出、これによりアリなどの外敵を効果的に忌避することが示唆された。これは情報発信側が複数情報を発信し受容側の感覚器の機能や環境によって利用するという事例と考えられた。
このほか作用をもたらす振動情報の構造を明らかにするため摂食阻害効果を指標として、パルス長や間隔などの振動の性質と効果の差異の解析を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

H25年度はこれまで研究してきた触角反応の他、回避・防御的反応におけるマルチモーダルな感覚情報の統合利用について解析し、行動誘導に不可欠な信号刺激と協力要因の統合的利用の生態的意義の解明を顕著に進める事ができた。
まず落下・フリーズという「回避」反応において視覚、振動感覚がクロスモーダルな協力作用を示すことを初めて証明した(マツノマダラカミキリ等)。さらに同種個体が放出する警報物質のみではフリーズ行動が誘導され、視覚刺激のみでは接近者の情報を積極的に受容する触角反応が誘導されること、さらに警報物質と強い視覚刺激が同時に存在するときにのみ視覚目標への攻撃が誘導されるという条件依存的「行動スイッチング」という興味深い事象を認めた(オオアオカミキリ)。また落下反応率が情報受容者の性成熟度により異なることは多種情報利用の生理条件依存性を示す新知見である(マツノマダラカミキリ等)。これは落下のコストが成熟個体で大きいことによると推測した。このようにマルチモーダルな感覚情報利用が誘導する行動の一般性、マルチモーダル情報利用における情報応答の文脈依存性が明らかになった。
このほか様々な種での振動受容器官の特定を進めた。また照度の振動情報利用への影響を調べる実験に着手した。特に後者については来年度に備え供試虫に振動、視覚刺激、さらに嗅覚刺激を調節して提示し、それぞれの機能について神経生理学的、行動学的手法などにより多角的に解析、種間比較の際の指標・条件を調整中である。一方、H26年度に行う系統関係と視覚、振動依存性の関係評価に使用する候補をスクリーニングし、視覚依存的触角反応を示す種を20種以上枚挙できた。
以上のように次年度に持ち越した課題もあるが、想定よりも著しい成果を得た部分が大きく、目標とした研究はおおむね順調に進展していると評価する。

Strategy for Future Research Activity

今後は、配偶行動、回避(落下、フリーズなど)・警戒行動などにおけるマルチモーダル情報利用システムの研究を更に進めて研究のまとめを行う。また感覚情報への依存性と系統、環境・生活史の関係を種間比較し、マルチモーダルな情報利用システムの進化過程、また利用情報の構成を決定する要因の解明をめざす。
1)カミキリを中心に逃避・威嚇行動などにおける多種情報利用による行動のスイッチング現象の解析を進める。25年度に見いだした視覚-嗅覚情報の機能に加え、26年度は振動情報を加えて実験を行う。
2)触角反応、落下など接近者認識反応において、振動及び嗅覚情報(光非依存)、視覚情報(光条件依存)と、行動時間帯の関係の解析を複数の種を用いて進める。
3)忌避物質(嗅覚、接触化学感覚)と視覚情報(寄生蜂において)、種内情報物質としての警報物質(嗅覚)と視覚情報の作用(オオアオカミキリなど)について追加実験を行う。
4)1~3の実験に用いるバーチャル環境・刺激提示システムをH25年度より更に改良し、視覚要因を含めた各種刺激の投与タイミングの微調整を行う。これにより要因の効果の解析の精度を更に高め、特に視覚要因については色(hue、chroma)やサイズ、接近速度等の影響も解析する。
5)主に2の結果を受け、一部は文献データも利用し、カミキリムシにおける各種感覚情報への反応の環境・生活史との関係を解析、種間比較法により感覚器および感覚情報利用の進化過程の推定を試みる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度使用額が生じた理由は、25年度購入予定であった機材の一部を、思いがけず森林総合部研究所および東京大学で隣接する研究室(応用昆虫学研究室)から一時的な借り入れができ、この機材を25年度購入機材に加えて予定した実験を遂行できたことによる。
H26年度は深谷が日本大学生物資源科学部に移ること、また予定実験内容により、先述の機材を森林総合研究所や東大他研究室から借り入れることが不可能になる。このため高解像度ディスプレイやアンプなどを追加購入する必要が生じる。26年度に予定する実験に用いるヴァーチャル環境・刺激提示システムは、新規購入機材を加えて25年度より改良し、視覚要因を含めた各種刺激の投与タイミングの微調整を行い要因の効果の解析の精度を更に高める。とくに視覚要因についてはPCプログラム-ディスプレイや色表を利用し、色(hue、chroma、lightness)、サイズや出現タイミング、接近速度などを定量的に設定した実験を行う。また照度の微調整可能な装置を設置し、照度と視覚-振動依存性の評価を行う予定である。

  • Research Products

    (12 results)

All 2014 2013

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Rhinoceros beetles suffer male-biased predation by mammalian and avian predators2014

    • Author(s)
      Kojima W, Sugiura S, Makihara H, Ishikawa Y, Takanashi T.
    • Journal Title

      Zoological Schence

      Volume: 31 Pages: 109-115

    • DOI

      10.2108/zsj.31.109

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] キボシカミキリの配偶行動の制御要因,体サイズ-ゴマダラカミキリとの類似と相違-2013

    • Author(s)
      深谷 緑
    • Journal Title

      昆虫と自然

      Volume: 48(5) Pages: 9-13

  • [Journal Article] 昆虫における振動情報の機能解明と害虫防除への応用2013

    • Author(s)
      高梨琢磨・深谷緑・小池卓二・西野浩史
    • Journal Title

      生物科学

      Volume: 65(2) Pages: 102-107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 生物音響学の最前線一生物ソナー,聴覚と工学的応用2013

    • Author(s)
      高梨琢磨・二橋亮
    • Journal Title

      生物科学

      Volume: 65(2) Pages: 66-67

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evolution of deceptive and true courtship songs in moths.2013

    • Author(s)
      Nakano R, Takanashi T, Surlykke A, Skals N, Ishikawa Y.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 2013.v3.2003 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1038/srep02003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] だましのコミュニケーションの進化:カブトムシの蛹は振動によって幼虫から身をまもる2013

    • Author(s)
      小島渉、石川幸男、高梨琢磨
    • Journal Title

      遺伝

      Volume: 67 Pages: 372-377

  • [Presentation] カミキリムシの落下反応-接近者認知における多種感覚情報利用2014

    • Author(s)
      深谷緑・日下部良康・高梨琢磨
    • Organizer
      第58回日本応用動物昆虫学会
    • Place of Presentation
      高知大学朝倉キャンパス(高知県)
    • Year and Date
      20140326-20140328
  • [Presentation] ウマノオバチのゆとりある産卵行動はなぜ妨害されないのか2013

    • Author(s)
      深谷緑・日下部良康
    • Organizer
      日本動物行動学会第32回大会
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス(広島県)
    • Year and Date
      20131129-20131201
  • [Presentation] オオアオカミキリ成虫の匂いによる個体間コミュニケーション2013

    • Author(s)
      桐山哲・小澤汐里・深谷緑・日下部良康・岩田隆太郎
    • Organizer
      日本甲虫学会第4 回大会・日本昆虫学会関東支部第50 回大会合同大会
    • Place of Presentation
      東京農業大学厚木キャンパス(神奈川県)
    • Year and Date
      20131123-20131124
  • [Presentation] カミキリムシの配偶行動における視覚、振動感覚の機能と触角反応2013

    • Author(s)
      深谷緑・高梨琢磨
    • Organizer
      日本昆虫学会 73回大会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道)
    • Year and Date
      20130913-20130916
  • [Presentation] Substrate vibrations mediate startle behavior via femoral chordotonal organ in a cerambycid beetle2013

    • Author(s)
      Takanashi, T., Fukaya, M., Nishino,H.
    • Organizer
      The 14th Invertebrate Sound and Vibration international meeting
    • Place of Presentation
      Glasgow, UK
    • Year and Date
      20130723-20130726
  • [Presentation] 生息環境に適応した昆虫の振動:反応性と接着機能2013

    • Author(s)
      椿玲未・細田奈麻絵・北島博・深谷緑・神崎菜摘・小池卓二・黒田克史・森直樹・西野浩史・野村周平・土原和子・矢崎健一・Voigt D・高梨琢磨
    • Organizer
      日本化学会第94回春期年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県)
    • Year and Date
      20130327-20130330

URL: 

Published: 2015-05-28  

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