バンブルビーの女王は水中でも呼吸できるため、誤って溺れた場合でも生存することができます。

Japanese Translation:

概要

ダイアパウズ（休眠期）中、一般的な東部バタフライビートクイーン（Bombus impatiens）は、水に完全に浸されても最大で1週間まで生存できることがわかりました。 51頭のクイーンを冷たく暗い湿度の環境下で保管し、研究者は8日間水中に沈め、その後1週間乾燥した土壌（冷蔵庫内）で回復させました。この試験では約90％がこの苦難を乗り越えました。

生存メカニズムには2つの相補的な戦略が関与しています：

水中呼吸 – チューブ内の酸素レベルは約40％低下し、クイーンが周囲の水からO₂を取り出していることが示唆されます。
嫌気性代謝 – 水没直後にCO₂生成量が10倍以上急増し、その後1週間で徐々に減少しました。これは低酸素状態から回復する過程です。乳酸濃度は水没前と比べて2倍以上に上昇しましたが、嫌気性だけがエネルギー源である場合を想定するときのレベルには達していません。

本研究は実験室内でクイーン入りチューブに結露が偶然発生したことから始まりました。この機会的な出来事が系統的な検証へとつながりました。研究者らは「物理的鰓」―蜜蜂の毛に捕えられた空気層――が水中呼吸を可能にしている可能性を示唆し、将来的には洗剤や泡でこれらの層を破壊することで検証できると述べています。

これらの発見は、冬季洪水が地面に巣穴を作る蜂群集団に与える影響—保全計画ではしばしば見落とされる側面—を明らかにし、生息地管理戦略への示唆を提供します。研究はProceedings of the Royal Society Bに掲載され、協力者としてLucas Borg‑Darveau、Charles Darveau、およびSabrina Rondeauが関与しました。

ハチの女王は水中で呼吸し、溺れを防ぐ―潜水に1週間耐えられる驚きの生存戦略

科学者が偶然「一般的な東部バッターハチ」が洪水条件にも耐えることを発見したことで、彼らはその超能力の根拠を調べることにしました。

Common eastern bumblebee queens use underwater breathing and anaerobic metabolism to survive when submerged.
Lucas Borg‑Darveau / Proceedings of the Royal Society B

ハチを地下生物と考える人は少ないかもしれませんが、80％以上のハチ種―バッターハチを含む―は実際に土中で巣作りします。そこでは水没リスクが高くなります。

バッターハチのライフサイクルは季節変化と連動しています。夏に最も活発になり、秋には大部分のコロニー（働き雌・雄ドローン・古い女王）が死去します。新しい女王は冬を「休眠」（diapause）して土中で過ごし、春になるとエネルギーを節約して新たな巣を築く準備をします。

しかし、冬を越える間に深刻な脅威に直面する可能性があります。雪解けや雨が降り、土壌が水で飽和すると女王は溺れる危険にさらされます。このため「休眠中の土中ハチは水没に備えている必要がある」とカリフォルニア大学デービス校の生態学者エリザベス・クローンは語ります。

2024年の偶発的な発見で、バッターハチ女王が最大1週間水中に沈んでも耐えられることが明らかになりました。しかし、科学者たちは正確にどのように生存できるのかを理解していませんでした。昨日Proceedings of the Royal Society Bに掲載された研究で、その答えへの手掛かりが得られました。実は休眠中の女王は水中呼吸を行っているのです。

これは多くの水生昆虫（例：潜水カブトムシ）では当たり前ですが、バッターハチは「水生昆虫」とみなされていないため、非常に興味深い発見です。アリゾナ州立大学の環境生理学者ジョン・ハリソン（本研究には関わっていません）はこう語ります。「バッターハチは水生昆虫ではありませんから、これはとてもクールな発見だ」と。

ラボ冷蔵庫の失敗が光をもたらす

数年前、カナダ・ギルフ大学に在籍していた保全生物学者サブリーナ・ロンドーは、土壌中の農薬残留が休眠期の一般東部バッターハチ（Bombus impatiens）に与える影響を調べていました。冬季条件を再現するため、彼女はハチ女王を土壌で満たした管をラボ冷蔵庫に入れました。

ある日、冷蔵庫を開けると一部の管が結露により水で満ちており、女王が完全に浸没していることに気付きました。ロンドーはハチが死んでいると確信しました。しかし驚くべきことに、水から取り出した直後に動き始めたのです。この偶発的な「水中スーパーパワー」が偶然だったのか疑い、彼女は再び同様の実験を行いました。乾燥状態で17頭、残り126頭を意図的に水に浸し、最大1週間潜在させました。その後、乾燥土壌で満たした新しい管に移し、さらに8週間冷蔵庫内で保ちました。結果は約90％が生存しました。

この「ラボの災害」からロンドーは2024年に初めて休眠中バッターハチ女王が1週間水中で生存できることを報告しました。その後、オンタリオ大学のエコロジカル・フィジオロジストチャールズ・ダルベイ（既に休眠期バッターハチの代謝研究を行っていた）が彼女と協力し、新たな研究に取り組みました。

“私たちはいくつかの仮説を検証する必要がありました。主な仮説は、水中で呼吸できるということでした。”
— ダルベイ

洪水時の女王の生存戦略

水に沈められた昆虫は、いくつかの方法で生き残ろうとします。陸上昆虫は通常、呼吸を止めて無酸素代謝（細胞内で酸素不要にエネルギーを生成）によって体力を維持します。一方、水生昆虫は水中で呼吸し、潜在的に酸素を取り込むことができます。

バッターハチは陸上昆虫ですが、ダルベイは水生昆虫と同じ戦略を採用している可能性があると考えました。そこで彼は無酸素代謝と水中呼吸の両方を検証する実験を設計しました。

研究チームは休眠状態を模擬し、51頭の女王を低温・暗闇・少し湿度が高い環境に保ちました。8日間完全に水没させた後、乾燥管へ移し、1週間で回復できるか確認しました。

8日目に、水中の酸素濃度は女王を含む管で40％低下し、コントロール（ハチなし）と比べて有意差が出ました。さらに、CO₂排出量も安定して低い水準でした。これらの結果から、バッターハチ女王は実際に酸素を取り込み、二酸化炭素を放出している―すなわち水中呼吸を行っていたことが示唆されました。

“私の知る限り、水中で酸素を得る陸上昆虫としてバッターハチを示した最初の研究だ。”
— ハリソン

ダルベイは以前の研究で、休眠期における代謝率が通常の安静値の約5％にまで低下していることを報告しています。代謝の減速により酸素需要も少なくなるため、水中でもそのニーズを満たしやすいとハリソンは説明します。

しかし、呼吸だけではありませんでした。水から取り出した直後、CO₂排出量が10倍以上に急増し、その後徐々に低下しました。7日目には元のレベルに戻っていました。この急激な上昇は無酸素代謝後の回復期を示すとダルベイは述べています。

無酸素代謝では乳酸が生成され、酸素不足時でも細胞機能を維持します。彼らは20頭の休眠女王から各段階（潜水前・4日目・8日目・回復1週間後）で5頭ずつ採取し、凍結した状態で乳酸濃度を測定しました。その結果、水中にいた際に乳酸は最大値の2倍以上に達しましたが、無酸素代謝だけでは期待されるレベルには遠く及びませんでした。これからも水中呼吸と無酸素代謝の両方が女王の生存を支えていることがわかります。

“この組み合わせ戦略こそが本研究で最も魅力的だ。”
— ダルベイ

次なる課題：呼吸メカニズムの詳細解明

両プロセスが実際に機能していることが確認された今、チームはそれぞれの仕組みをさらに掘り下げたいと考えています。たとえば、潜水カブトムシは体表に付着した空気層（物理的ガス交換装置）で呼吸します。バッターハチも同様に「エア・バブル」を形成できるのかを検証する計画です。

“この空気層、すなわちフィジカルギルは可能性が高いが、ハチでは毛の下に隠れるため見えにくい。”
— ダルベイ

今後は洗剤などでエア・バブルを破壊し、ガス交換への影響を観察する実験も予定されています。

他種への拡張性と保全的課題

まだ他のハチ種が同様の戦略を採用しているかは不明です。ハリソンは「一般化の問題、すなわち他のハチがこれを行えるかどうか」は個人的には可能だと予想しますが、確証は得られていないと語ります。

また、どれくらいの水没時間や洪水サイクル数まで耐えられるのか、冬季洪水に長期的な影響があるのかも分かっていません。クローンは「この発見は保全上重要でありながら、従来は見過ごされてきた条件を再評価する必要がある」と指摘します。

“バッターハチの保全では春夏の餌場確保に重点が置かれますが、冬季にどんな環境が必要なのかについてはまだ考慮されていません。”
— クローン

まとめ