研究課題
基盤研究(C)
水を界面とする昆虫の、体表の疎水性・親水性について多くの研究がなされている。しかし、水面直下にのみニッチをもつ生物が、どのような機構で棲息しているのかの研究は皆無である。申請者らは、水面直下で生活する生物に注目し「超疎水性-超親水性の複合構造」により水面を効果的に利用していることを発見した。本研究では、1) 生きたまま・濡れたままの電子顕微鏡観察できる新技術 (NanoSuit法) 、2) 高速度撮影による運動解析法、3) 電気生理学的手法などを用いて、この「複合構造」がもつ未知の機構・機能を解明することで、昆虫の新たな生理・生態学を構築すると共に、生物に学んだ新素材開発につなげる。
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）に注視し、如何なるメカニズムにより水環境を制御しているか、その解明に取り組んだ。その結果マダラホソカ幼虫は、空気と水の界面において、疎水性・親水性という物理特性を共利用していることが明らかになった。最終年度では、水面上（アメンボ）・水面直下（マダラホソカ幼虫）・水中（チビミズムシ）ごとに、それぞれの生息域の生物がどのような濡れ性を利用しているか詳細に調べた（Takaku et al, 論文投稿中）。実験方法として、接触角測定、NanoSuit法による微細構造の観察、および高速度撮影による動的解析をおこなった。水面上のアメンボは、脚先にある疎水性の微細構造で水面を押し下げ、表面張力によって浮力を生んでいるが、水面直下のマダラホソカ幼虫は、疎水性の毛状構造がぶら下がるよう水面を押し下げ、表面張力によって浮力を生じていた（両生物は、水面に対し「鏡面像」のような構図になる）。さらに、アメンボでは脚先の親水性構造が、マダラホソカ幼虫では毛状構造の親水性部位が、それぞれ遊泳機能に寄与していることが明らかになった。一方、水中生活を送るチビミズムシでは、体表の毛状構造は疎水性特性のみを示し、これにより浮力を発生させていた。
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すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 図書 (2件)
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