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花粉を運ぶ昆虫が花の匂いの性的二型を引き起こした

2013年10月23日

 岡本朋子 森林総合研究所研究員/日本学術振興会特別研究員(人間・環境学研究科)と加藤真 人間・環境学研究科教授らの研究グループは、花粉を運搬する昆虫(ホソガ科ハナホソガ属蛾類)との特異な共生関係が、花の匂いの性的二型を引き起こすことを発見しました。

 この成果は、日本時間2013年10月23日午前8時(英国時間2013年10月23日0時)、英国の学術専門誌「Proceedings of the Royal Society B, Biological Sciences」にオンライン掲載されました。

ポイント

  • 被子植物では稀な、花の匂いの性的二型を発見
  • 花粉を運ぶ昆虫(送粉昆虫)との特異な共生関係が花の匂いの性的二型を進化させたことを立証

概要

 クジャクの羽やカブトムシのツノなど、多くの動物では雌と雄で異なる形質を持つこと(性的二型)が知られています。ところが、このような性的二型の現象は主に動物のみで知られ、被子植物の花の形や色、においなどが雌雄で異なることは稀と考えられてきました。研究グループらは、花粉を運搬する昆虫(ホソガ科ハナホソガ属蛾類)との特異な共生関係が、花の匂いの性的二型を引き起こしたことを発見しました。

背景

 多くの被子植物は昆虫などの動物によって花粉が運ばれます。送粉動物は花蜜や花粉などを求めて花を訪れ、その際、偶然体に付着した花粉が雌しべに運ばれることで、受粉が成立します。雄花と雌花を別々に咲かせる植物では、同種の花粉を持った動物が雌花を訪れることが受粉成立に重要であるため、雌雄間で見た目やにおいを似せて、同じ動物を花へ呼び寄せなければなりません。

 ところが、ハナホソガ属の蛾類では、コミカンソウ科植物の雄花と雌花を明確に区別し、それぞれの花で能動的に花粉を集め、運び、付けることが知られています(図1)。


図1:口吻を使って巧みに花粉を集めるハナホソガ(左)と、その後雄花で集めた花粉を雌花の柱頭に付けるハナホソガ(右)。このように積極的に花粉を運ぶことを能動的送粉(Active pollination)と言い、イチジクコバチやユッカガなど一部の昆虫が行うことが知られています。

 ハナホソガが能動的に花粉を運ぶのは、植物のためではありません。幼虫が種子食であるハナホソガは、我が子の餌である種子の結実を確実にするために、能動的に授粉しているわけです。1種のコミカンソウ科植物は1種のハナホソガだけに送粉(花粉の運搬)を依存しているため、両者は繁殖を委ね合う関係といえます(絶対送粉共生と呼ばれます)。

 夜行性のハナホソガは自らの繁殖のために、夜の暗闇の中、数多くの木々の中から我が子の揺りかごとなる植物を選び出し、雄花と雌花を見分けています。つまり、互いが繁殖を行うためにはハナホソガが雄花と雌花を見分けて行動することが必須といえます。

 このような関係でキーとなるのが、多くの夜行性の生物が情報として用いている「匂い」です。一般的な被子植物とは異なり、ハナホソガによって花粉が運ばれる植物では、雄花と雌花の匂いが似る必要はありません。むしろ、異なる方がハナホソガが花を見分けやすくなると考えました。本研究は、「ハナホソガによって花粉が運ばれる植物では花の匂いが雌雄で異なる」ことを検証したものです。

研究内容

 ハナホソガによって花粉が運ばれる植物では、雌雄で花の匂いの違いが見られるかどうかを、ガスクロマトグラフ質量分析計によって分析したところ、カンコノキの雌雄で花の匂いが顕著に異なるという結果が得られました(図2)。一方、同じコミカンソウ科植物の中でも、ハナホソガ以外の昆虫(ハナバチなど)によって花粉が運ばれる植物では、雄花と雌花の匂いが非常に似ることも明らかになりました(図2)。


図2:花の匂いの類似性を示した散布図

数字は植物の種、数字の色は性(赤:雌花、青:雄花)を示します。また、緑色で囲った種はハナホソガによって花粉が運ばれるもの、黄色はハチやハナアブなどに偶然花粉が運ばれるものを示しています。

 さらに、このような花の匂いの性的二型が、ハナホソガとの関係を通じて作り出されたかどうかを調べるために、植物のDNAを解析し、分子系統樹を作成しました(図3)。その結果、花の匂いの性的二型は、これまでに独立に3回起源しており、それらはハナホソガによる花粉媒介の起源と一致していました。


図3:植物の分子系統樹

数字と色は図2と対応。図中(6)~(10)は花の匂いに性的二型が見られ、それに近縁な(5)では見られません。これらの違いはハナホソガによって花粉が運ばれるかそうでないかによります。

 また、花粉を集めた経験のないハナホソガに雄花と雌花の匂いを提示してどちらに誘引されるかを調べたところ、雄花の匂いを好むことが明らかになりました。つまり、ハナホソガは雄花と雌花の匂いを嗅ぎ分けることができることを示しています。これらの結果はすべて、ハナホソガの能動的送粉行動が、花の匂いの性的二型を引き起こすことを示しています。

 これまでに花の匂いの役割として、送粉者の花への誘引は数多く解明されてきたものの、花の匂いの多様化や進化に送粉者との相互作用が明確に関わってきたことを示した研究は非常に稀です。

 また、昆虫が「匂い」という目に見えない情報を巧みに使い、複雑な繁殖行動を達成していることを、本研究は示しました。これは、体長数ミリの小さな昆虫に秘められた複雑な情報処理システムを垣間みる結果であると言えます。

書誌情報

[DOI] http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2013.2280

Tomoko Okamoto, Atsushi Kawakita, Ryutaro Goto, Glenn P. Svensson, and Makoto Kato
"Active pollination favours sexual dimorphism in floral scent"
Proceedings of the Royal Society B, Biological Science, vol.280, no.1772, 23 October 2013

 

  • 朝日新聞(11月14日 19面)、京都新聞(10月23日夕刊 8面)および日刊工業新聞(10月25日 21面)に掲載されました。