刺激と走性 啓林館 標準生物IBより 原案・池田博明 目的 ゾウリムシを用いて化学走性と電気走性の実験を行う 材料：ゾウリムシ 用具：顕微鏡セット  
カイコガの化学走性 性フェロモン 啓林館｢生物I｣（2003年）より 目的 カイコガの雌が放出する性フェロモンに対する雄の行動を調べる 準備 カイコガのさなぎ（雌雄）、紙、ろ紙、ブラスチックのトレー容器（ふた付き）、はさみ 実験に当っての注意 雌を入れた容器のふたは実験前には絶対に開けてはならない。 方法 （１）さなぎを雌雄別々にして、ふた付き容器に入れておく。 （２）羽化して成虫になったら、次のような手順で実験を進める @羽化した雄を紙の上に出し、一部の雄を次のように処理する。 （Ａ）はさみで雄の右触覚を切除する。 （Ｂ）同様に雄の左触覚を切除する。 （Ｃ）同様に雄の両方の触覚を切除する。 A雄の行動が落ち着いたところで雌を次のような手順で見せて、雄の行動と雌の行動の双方を時間を追って観察し、記録する。記録にはビデオやデジタルカメラなども有効である、 Bふたをしたままで容器のなかの雌を見せる。 C雌を雄と1ｍ以上離したろ紙上に置く。 結果 （１）ふたをしたままの容器内の雌に対して雄は反応したか （２）ふたを開けて外に出されたときの雌の行動はどのように変化したか。図をまじえて記録せよ。 （３） 容器外の雌に対して雄の行動はどうだったか。 触覚が完全な雄 右触覚を欠いた雄Ａ 左触覚を欠いた雄Ｂ 両方の触覚を欠いた雄Ｃ 考察 （１）ふたをしたままの雌を見せられた雄の行動から雄の求愛行動を引き起こす刺激について何が言えるか。 （２）容器から外に出された雌に対する雄の行動から、求愛行動を引き起こす刺激について何が言えるか。 （３）雄の触覚を切除した実験から何が言えるか。 反省・感想 実験Ｉ アリの道しるべフェロモン 啓林館｢生物I｣（2003年）より 目的 アリが分泌する道しるべフェロモンの効果と分泌部位を調べる 準備 エサを与えずに１日置いた後に冷凍保存したアリ20頭、保存したアリと同種の生きたアリ、ホモジェナイザー（無い場合は試験管とガラス棒）、カミソリ、エタノール、ろ過装置、ペン（または細筆）４本 方法 （１） 冷凍したアリ20頭をカミソリで頭部・胸部・腹部に分割する。 （２） それぞれをホモジェナイザーに入れ、エタノール１mlを加えた後に押しつぶす。 （３）10分後にそれぞれをろ過する。 （４） 抽出液をペン先（または筆先）につけ、紙に10cmほどの線を引く。線はＳ字上に引き、対照としてエタノールだけの線をＳ字状に引く。 （５） 生きたアリを線の出発点のそばに置く。アリが検定物質のＳ字線上をたどり始めたら、道しるべフェロモンの効果があったと結論する。（図の｢巣｣に当る地点が出発点で｢餌｣に当る地点がゴール） 考察 （１） 頭部・胸部・腹部それぞれの抽出液に対する生きたアリの反応はどうだったか。 （２） この結果から道しるべフェロモンはどの部分で生産されていると結論できるか。 【指導資料の引用】 アリのフェロモン 【指導目標】アリの道しるべフェロモンと生物検定について理解する。 【準備】アリ飼育容器（簡単にはガラス製バイアル。大規模なものでは透明な大小の箱を用意し、小の箱の一部に孔を開け、大の箱の中に置いて石こうで固める。小の箱が巣で、大の箱がエサ場となる）。ろ紙、筆、エタノール、ガラス棒、試験管、アリ。 【準備上の留意点】アリの飼育容器に土を入れるとカビが生えやすくなるため、試験管やガラス製のバイアルで飼育するほうが良い。手間もかからず簡単である。 アリの種の同定は難しい。校内でもよく調べると20種近くも採集されてしまうことがある。ウェッブ上に｢日本産アリ類の分類｣が開いているが、素人が正しく検索できるほどの生物ではない(http://ant.edb.miyakyo-u.ac.jp/HTMLS/ANT.HTM)。 実験Ａ 道しるべフェロモンの抽出 【方法上の留意点】 道しるべフェロモンの効果はあまり長くないことが知られている。１匹当り数分間と言われている。道しるべが長持ちするとアリ自身どの道しるべを使ったらよいか、混乱してしまうだろう。 また、種特異性は低い。要はエサにたどりつければいいのである。 アリがフェロモン上をたどったかどうかは、抽出成分をＳ字状に描いて対照のＳ字線と混じり合わせて８の字を引き、検定する。 【化学構造の研究史】 最初に化学構造が判明した道しるべフェロモンはテキサスハキリアリ Atta texanaのそれである（ツムリンソン，1971年）。最も強い活性成分は4-メチルピロール-2-カルボン酸メチルで（上図右）、収量は3.5kgの働きアリから約150μgであった。人工的に合成した化合物を生物検定によって調べてみると、ピロール環の窒素と2位のカルボン酸の位置関係が最も重要な活性発現要因と考えられた。4位のメチル基は別の基（Cl-やBr-）に置換されてもそれほど影響を受けなかった。 実験Ｂ フェロモン分泌部位 働きアリの分泌腺は腹部にあるが、熱帯雨林に生活するハリナシバチの道しるべフェロモンは大顎腺から分泌される。 実験U シロアリの道しるべフェロモン 啓林館｢生物I｣（2003年）より 目的 ボールペンに含まれる物質がシロアリの道しるべフェロモンと同じ効果を持つことを確認する。 準備 生きたヤマトシロアリまたはイエシロアリ、紙、霧吹き、ボールペン 方法 （１） 紙の上にボールペンでＳ字を描く。対照のＳ字は鉛筆で描く。 （２） 霧吹きで紙を塗らす。 （３） 生きたシロアリを出発点の近くに置き、行動を観察する 結果 シロアリはボールペンで描かれた線上をたどったか。 考察 ボールペンに含まれている溶剤がエチレングリコールモノフェニルエーテル（別名フェニルセロソルブ）で，シロアリはこれに感応する。 感想・反省 【指導資料からの引用】 実験Ｃ シロアリの道しるべフェロモン 【方法上の留意点】 紙が乾燥しているとうまくいかない。紙にボールペンで線を描いたら霧吹きなどで紙を湿らすこと。ボールペンは何色でもかまわない。ペンの会社もゼブラ、ユニ、三菱、コクヨ、パイロットなど、どのボールペンでも可。溶剤がジエチレングリコールモノメチルエーテルやエチレングリコールモノフェニルエーテル（別名フェニルセロソルブ）で，これに感応する。ボールペンに含まれている溶剤は他の物質である場合もある。 【参考】 シロアリでは尻の近くの腹板腺から道しるべフェロモンが分泌される。あるシロアリでは幼虫期には道しるべフェロモンとして作用するが、成虫期には性フェロモンとして働き、雌からのものは雄を、雄からのものは雌を誘引することが分かっている。 以下に森林総合研究所の大村和香子氏の資料より引用する。 "イエシロアリ（Coptotermes formosanus Shiraki）とヤマトシロアリ（Reticulitermes speratus Kolbe）は同じミゾガシラシロアリ科に属し、ミゾガシラシロアリ科のシロアリの道しるべフェロモンは共通で(Z,Z,E)-3,6,8,-dodecatrien-1-olと同定されている。 ボールペンインクに含まれているジエチレングリコールモノメチルエーテルやジエチレングリコールモノエチルエーテルがこの道しるべフェロモンと立体構造的に類似しているため、シロアリの道しるべフェロモン受容器が誤認し、インク跡をたどると考えられている。イエシロアリでもヤマトシロアリでもこの実験に使用するのに問題はない。ただし、ヤマトシロアリの方が動きが鈍いので実験に使いやすいと思われる。 また、木材腐朽菌「キチリメンタケ」は、この(Z,Z,E)-3,6,8,-dodecatrien-1-olを生産する。この菌がこの物質を生産する生態的意味などはまだ判っていないが、腐朽した木材をメタノール等で抽出して、抽出液で線を書いてやれば、シロアリはインク同様それをたどる。 イエシロアリとヤマトシロアリを混ぜると、直ちに激しくかみ殺し合うので、混ぜてはいけない。イエシロアリの方が大きく，勝つ。同種のシロアリ同士でもコロニーが違うと「けんか」をする。これは、お互いの体表ワックスの組成がコロニーごと、種ごとに少しずつ異なり、それを瞬時に感知し、仲間あるいは敵を認識するためと考えられてる。これはシロアリ同様、社会性を営むアリについても知られている。 進化系統からいえば、シロアリはゴキブリと近縁で、アリとは遠い関係にあり，さらにアリはシロアリの天敵といってもいいくらいである。例えばクロアリ自体を有機溶媒で抽出した抽出液をろ紙に含浸させて、シロアリに近づけてやると激しく攻撃する。特に兵隊アリ（頭部が茶褐色で大きめ）は攻撃的で、うっかり手の柔らかい部分をはさまれると痛いので、注意が必要。イエシロアリの兵隊アリは頭部中央から粘性の防御物質を出し、敵の行動を止めるが，防御物質自体に毒はない。" 参考文献 湯嶋健『昆虫のフェロモン』（東京大学出版会，1976） 石井象二郎ほか『昆虫行動の化学』（培風館，1978） ジエチレングリコールモノメチルエーテル ＨＯ（ＣＨ2）2Ｏ（ＣＨ2）2ＯＣＨ3 エチレングリコールモノフェニルエーテル Ｃ6Ｈ5Ｏ（ＣＨ2）2ＯＨ エチレングリコールモノメチルエーテル ＣＨ3ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ |