昆虫の神経系とはたらき

 「えっ、昆虫にも脳があるの?」と思われる方がいるかもしれない。脳というと学校の理科室に展示してあった人間の脳が連想され、あの白くブヨブヨしたような皺のよった脳が頭に浮かぶからである。昆虫の小さな頭の中にはあんな脳はあり得るはずがないと感ずるのももっともである。また、“虫けらどもに万物の霊長たる人間様と同じような脳があってたまるか”と言われるかもしれない。

 確かに人間は極度に発達した脳を持ち、それによって、わがもの顔に地球を支配するまでに至っている。それに比べれば昆虫などはとるに足らないものと思うかもしれない。しかし,数の上では地球上の動物種の3分の2を占め、地球は昆虫の王国とも言われる程である昆虫にも小さいながられっきとした脳が存在している。

 昆虫の脳は人間の脳と違ってやや堅い感じの殻を被っており、“脳神経節(または球)”とも呼ばれている。もちろん、頭の中にあるが、それから胸部や腹部の方へ“はしご状神経系(または神経索)”と呼ばれる神経節のつながり(胸部や腹部の神経節間のつながり部分は2列にはしご状に並行して走る神経繊維の束)が伸びており、人間の脊髄にも似ている。ただし、人間と違って、脳以外の神経索は体の背側でなく、腹側を通っている。



 昆虫の脳にも人間の脳と同じように味や匂いを感じたり、物を見たりする知覚の中枢や、飛んだり餌を食べたり交尾したりするする運動の中枢がある。しかし、昆虫の脳のことだから、そんなに高等な働きはできないだろうとお考えになるかもしれない。ところが、昆虫の中には“記憶”や“学習”さらに“情報伝達”などという高次な機能を備えているものも存在することが分かってきている。昆虫もなかなか利口で隅に置けないのである。

 例えば、ミツバチの採餌行動の巧みさには誠に目を見張るものがある。ミツバチは早朝、花蜜を求めて巣を飛び立つ。花蜜を収穫したミツバチは巣に戻って仲間の養育係に渡し、次の採餌飛行へと飛び立って行く。

 採餌飛行は夕暮れまで続く。有名な昆虫学者フォン・フリッシュの観察によると、この何げない採餌行動が、花の形、匂い、色、花のある場所、開花する時刻、などについての高度な学習能力に支えられていることを見いだした。

 ミツバチは、その行動圏の中で、いつ、どこで、どのような花を訪問すれば蜜が得られるのかを熟知していることが分かった。そして更に、しばしば2~3キロも離れた餌場から自分の巣に戻る道筋をすべて覚えており、仲間の他のハチに餌場の方向と距離をミツバチダンスによって伝達する。


人類と昆虫 共通の脳を持つ祖先が存在か

 今回、ものを触ったときに感じる感覚「触覚」が、脳に伝わる神経回路の構造は、ヒトを含む哺乳類と昆虫とで共通しているとする研究成果を東京大学のグループが発表した。

 聴覚や視覚など五感のうち4つではすでに共通の構造があることが判明していて、グループでは、今から6億年ほど前には、哺乳類と昆虫には、共通の脳を持つ祖先が存在していた可能性が高いとしている。

 東京大学分子細胞生物学研究所の伊藤啓准教授らのグループは、大きさ2ミリほどのショウジョウバエを使ってものを触ったときに感じる「触覚」の情報が脳にどう伝わるのか調べた。

 その結果、皮膚が押されたり、関節が曲がったりするのを感知する複数の神経がそれぞれ脳の違った場所に情報を伝えるなど哺乳類と昆虫とで神経回路の構造が共通していることがわかったという。

 視覚、嗅覚、味覚、聴覚、触覚の五感のうち、触覚を除く4つの感覚では、すでに哺乳類と昆虫とで神経回路の構造が共通しているとわかっていて今回の研究で五感すべてで共通点が見つかったことになる。

 研究グループの伊藤准教授は、「およそ6億年前には、哺乳類と昆虫の共通の祖先がいて、五感を感じる脳を持っていた可能性が高い」と話している。


 昆虫の神経系

 昆虫のからだは頭部、胸部、腹部の3つに分かれる。頭部、胸部、腹部はそれぞれ頭部神経節と食道下神経節、胸部神経節、腹部神経節に支配される分散構造をとる。

 頭部神経節は特に脳といわれる。このような分散的な神経節構造は昆虫の神経系の大きな特徴である。各神経節は左右一対の縦連合といわれる神経束により結合され、はしご状の構造を示す。各神経節は、局所的な感覚情報処理や運動制御、記憶・学習の場として働き、脳がこれらの統合中枢として機能する。脳は主に、視覚・嗅覚などの頭部からの感覚情報の処理を行うとともに、胸部以下の神経節からの信号を受け、これらを処理し、新たな情報を行動指令として胸部以下の神経節に伝達する。

 情報の一部は脳内に記憶され行動指令を修飾する。脳以外の神経節は、体性感覚の処理に加え、胸部神経節では飛翔、歩行などの基本的な運動パターンをつくる。したがって、頭部と腹部を切り離し、胸部だけの状態でも、羽ばたきや歩行を起こすことができる。

 ただし、直進の歩行や飛行のパターンに限られる。歩行や飛行の開始、終了、方向転換などの行動指令は脳から胸部神経節に伝達される。また、胸部神経節にも学習能力がある。断頭したゴキブリを吊り下げ、脚がある高さまで下がると電気ショックが与えられるようにすると、30から40分でこのゴキブリは脚を次第に下げなくなる。このように昆虫では学習が胸部神経節など脳以外でも起こるのである。


 はしご形神経系

 はしご形神経系は、動物の神経系の主要な型のひとつである。中枢神経として体を前後に走る神経索が1対あり、それらが左右の連絡でつながって、全形がほぼはしご形になっている。体節制との関わりが深いと考えられてきた。

 動物の神経系には様々なものがあるが、その大まかな形はいくつかの類型にまとめられる。その大きな一つがこのはしご形神経系(ladder-like nerve system)である。これは、中枢神経として体を前後に走る神経索が左右1対あって、そこに一定間隔で神経節があり、それらが左右の神経連絡によってつなぎ合わされている、というものである。つまり縦の神経索二本が一定間隔で横の連絡を持ち、全体がはしごの形に見える、というものである。

 この型は体節制との関連が強いと考えられてきた。体節制では、個々の体節に主要器官がみな揃っていて、それが繰り返されることで大きな体が形作られる、と考える。神経系にそれを当てはめれば、個々の体節に神経節があるべきである。神経索が左右1対あるのは無脊椎動物では珍しくないから、そこにこの理念を結びつけると、はしご形ができる。

 しかし、実際にははしごらしい形が見て取れるわけではなく、縦走する神経索がごく近接する例や、互いに融合する場合が少なくない。したがって、むしろ概念的な意味での形を示した言葉と見た方がいいであろう。また、体節がない動物でもはしご形かそれに近い神経系を持つ例もある。はしご形かそれに近い神経系を持つとされる動物には以下のようなものがある。

 環形動物、節足動物、軟体動物、有爪動物、緩歩動物、紐形動物...。なお、扁形動物の神経系はかご状神経系といわれるが、これをもはしご状という場合がある。

 ファーブルは狩りバチが幼虫の餌となる昆虫を殺すのではなく麻痺させていることに気がついた。そこでその獲物のとらえ方を観察し、神経節が特に集中している場所を刺してその昆虫を麻痺させていることを見いだした。そこで、神経節が集中していない昆虫、たとえばイモムシを餌とする種ではどうかと調べたところ、頭からすべての体節に針を順番に刺しているのを確認し、獲物の神経系について非常によく知っていると感心している。

 なお、神経系の集中している場所は頭部から胸部の間の腹面が多いから、ハチは昆虫の頭部と胸部の間の腹側に針を刺す例が多い。ところが、相手が肉食性の強いものの場合、相手の顎のそばに近づかねばならず、なかなかに危険である。日本ではハンミョウの幼虫を狩るツヤアリバチがこれを行い、しばしば失敗して逆に獲物にされるという。クモを狩るものでもこの点では似ており、往々にしてクモの正面から顎の下に飛び込まねばならない。


参考 大学ジャーナルオンライン: http://univ-journal.jp/16771/


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