海に昆虫が少ないのはなぜですか？ 日本の科学者がこの謎を解いた

新しい仮説は、甲羅がどのように強化されているかに関係していると言います。

科学者たちは、昆虫が殻を固めるのを助けるユニークな酵素 MCO2 が、昆虫が海洋環境では非常にまれであるが、陸上では非常に成功している理由であると示唆しています.

首都大学東京の科学者たちは、海洋環境で昆虫が非常にまれな理由を説明する仮説を提案しました。 彼らは以前、昆虫が、分子状酸素とマルチ銅オキシダーゼ-2 (MCO2) と呼ばれる酵素を使用して殻を固める独自の化学メカニズムを進化させたことを示しました。 現在、彼らは、これが海上では不利になる一方、陸上では有利になり、MCO2 を昆虫の生態学的進化の中心に位置付けていると主張しています。

昆虫は、地球上で最も成功した生き物の一部です。 陸生動物の中で最大のバイオマスを構成しており、地球の生態系に大きな影響を与えていると言われています。 しかし、その豊富さは、海での驚くべき希少性によって相殺されます。 生物の祖先が海から来たにもかかわらず、海を故郷と呼ぶ昆虫はほとんどいません。 それは、科学者たちが長年にわたって解明しようとしてきた、科学に蔓延する謎です。

甲殻類はカルシウムで鱗を固めますが、昆虫は酸素で鱗を固めます。 これらは、それぞれの生息地に豊富にあるものと一致します。 クレジット：首都大学東京

今回、首都大学東京の浅野綱准教授らの研究者が、進化遺伝学に基づく解決策を提案した。 最新の分子遺伝学は、甲殻類も昆虫も同じ膵甲殻科に属し、昆虫は海を出て陸に適応した枝であると教えてくれます。 それらは重要な特徴を共有しています。それはワックス状の層と丈夫なキューティクルからなる外骨格です。

以前の研究で、同じチームは、昆虫が陸上環境に適応したとき、酸素を使ってクチクラを固めるのに役立つマルチ銅オキシダーゼ-2 (MCO2) と呼ばれる酵素を生成する独自の遺伝子を進化させたことを示しました。 MCO2 は、分子状酸素が表皮のカテコールアミンと呼ばれる化合物を酸化し、それらを表面結合剤および硬化剤に変換する反応を媒介します。 これは、代わりに海水からのカルシウムを使用して皮膚を硬くする甲殻類とは対照的です. チームは、酸素が豊富なため、地球が昆虫にとってより適したものになっていると主張しています。 酸素が不足し、最も適応した生物が豊富に存在するため、海は現在過酷な環境です。

しかし、海がもはや昆虫にとって居心地が悪いというだけではありません。 MCO2経路を介した皮膚の硬化と乾燥により、保護だけでなく軽量なバイオ物質が生成されます. 彼らは、これが昆虫が植物に登り、滑空し、最終的に飛ぶ能力を獲得した理由かもしれないという仮説を立てています. これにより、彼らは移動し、エコシステム内の以前は空いていたニッチを占有することができました。これは、膨大な数を駆り立てる強力な原動力です。 繰り返しになりますが、これは甲殻類とは対照的です。甲殻類は殻が非常に密度が高く、密度と石灰化の程度の間に強い関係があります。

もちろん、陸上に適応した節足動物は昆虫だけではないため、「地上のニッチ」での成功に MCO2 が絶対に必要なわけではないことは明らかです。 しかし、昆虫のクチクラの性質は、地上環境での成功について多くを語っています. 実際、チームは、MCO2 が昆虫の決定的な特徴である可能性があると考えています。 彼らの研究は、強皮症が昆虫の進化と陸生形成において果たした可能性がある役割のまったく新しいハイライトを約束します.

参照: 「地球上の昆虫の進化と形成に対する強皮症システムの寄与の可能性に対する進化的生態学的影響」、浅野綱樹、橋本浩生、R クレイグ エバーロード、2023 年 4 月 17 日、こちらから入手可能。 生理昆虫学.
DOI: 10.1111 / フィン 12406

助成：日本学術振興会