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| 一般的な東部ホタル | |
|---|---|
 | |
科学的分類 | |
| 王国： | 動物界 |
| 門: | 節足動物 |
| 系統群： | 汎甲殻類 |
| クラス： | 昆虫 |
| 注文： | 鞘翅目 |
| 亜目: | 多食性 |
| 下位目: | コラテリフォルミア |
| 家族： | ランピリダ科 |
| 部族： | フォトニニ |
| 属: | フォティヌス |
| 種： | P. pyralis |
| 二名法名 | |
| フォティヌス・ピラリス | |
Photinus pyralis は、一般的には一般的な東部ホタル[ 3 ]または北斗七星ホタル[ 4 ]とも呼ばれ、「ライトニングバグ」 [ 5 ]と呼ばれることもある飛翔甲虫の一種です。腹部の器官が発光を担っています[ 6 ]。北米で最も一般的なホタルの種であり、通常はロッキー山脈の東側に生息しています。Photinus属のホタルは、北米にも生息する、名前が似ているPhoturis属のホタルと混同されることがよくあります。
これらのホタルは、春と夏の薄明時に最もよく見られます。[ 7 ]一般的な名前である「北斗七星ホタル」は、オスの特徴的な飛行に由来しており、その軌道はJ字型に見え、上昇時に発光します。[ 3 ] [ 8 ]飛行中、このJ字型のパターンは、メスを引き付けるために光の点滅とともに使用され、メスは植物の上で休息し、興味があればオスに信号を送ります。[ 9 ]ホタルの発光は、当初考えられていたようなリズミカルな衝動ではなく、光活性化タンパク質によって刺激されます。
一般的な東部ホタルは、体長9～19mm（0.4～0.7インチ）の小型で柔らかい体を持つ甲虫です。平らな黒または茶色の体で、胸部と腹部全体にわたって伸びる翅鞘（鞘翅）があります。鞘翅には黄色の縁取りがあります。頭部の盾状部（前胸背板）は淡黄色で、中央に黒い点があり、ピンクまたは赤で囲まれています。[ 4 ]
この種のオスとメスはどちらも腹部の腹側に発光器官を持っている。この器官はオスの腹部の最後の3節に及ぶが、メスの腹部では最後から2番目の節にしか現れない。[ 10 ]
ほとんどの飛翔性ホタル種と同様に、Photinus pyralisは夜行性である。[ 11 ]
P. pyralisは北米の東半分に広く分布している。[ 1 ]
一般的な東部ホタルは、温帯から熱帯までさまざまな生息地に生息しています。[ 12 ]これらのホタルの自然生息地には、牧草地、野原、湿地、砂漠の峡谷、密林などがあり、これらのすべての地域でうまく繁殖できますが、すべてのライフステージで生存するためには水分が必要です。雌と子孫をよりよく隠すために、湿った土壌と長い草のある場所に特に引き寄せられます。[ 4 ]
P. pyralis が常に北米北東部に固有であったかどうかを調査するために集団研究が行われてきました。特に、この種は大陸全体でさまざまな生息地を占め続けているためです。祖先的には、北米の個体群は中新世にテキサスで発生し、その後、米国中部諸州、そして最近では北東海岸に移動したことが判明しています。一塩基多型(SNP) と他の遺伝子マーカーの追跡を通じて、研究者たちは、一般的な東部ホタルが間氷期に移動した可能性があり、それが他のPhotinus種との分岐を説明できる可能性があると結論付けています。[ 12 ]
すべての甲虫と同様に、一般的な東部ホタルのライフサイクルは、卵から始まり、幼虫期を経て蛹になり、最終的に成虫としてサイクルを完了するという、 4つの独特な生活段階から構成されています。
ホタルが4つの段階すべてを完了するのにかかる時間は、種によって大きく異なります。特に、ホタルはさまざまな環境に生息しているため、利用できる資源が大きく異なるためです。しかし、すべてのホタルは、幼虫として摂食段階でほとんどの時間を過ごします。P . pyralis は、蛹になるまでに2年もかかることがあります。幼虫のとき、P. pyralis は土の中に住み、ミミズ、ナメクジ、カタツムリを食べます。成長するにつれて、複数の齢期、つまり脱皮期間を経験します。[ 4 ]ホタルは幼虫期に非常に脆弱であるため、一般的な東部ホタルのように成虫になっても化学発光を続けるかどうかに関わらず、捕食者を追い払うための警告信号メカニズムとして光を生成するように進化しました。[ 4 ] [ 13 ]
幼虫期の終わりに、P. pyralis は蛹になります。1～2週間で羽化、つまり成虫として出現します。その後、ホタルは約3週間から2か月間生き、その間に光を使って交尾相手を引き寄せます。[ 4 ]
IUCNレッドリストでは保全状況が「軽度懸念」に分類されているものの、これらのホタルはいくつかの危険に直面している。個体群に対する最大の脅威は、光害、農薬の使用、気候変動、生息地における人間の建設や開発などである。[ 1 ]
ホタルの一種であるPhotinus pyralisには、鳥、コウモリ、その他の昆虫などの捕食者にとって不味い味となるルシブファギンと呼ばれるステロイド化合物が含まれています。しかし、 Photuris属のホタルの中にはルシブファギンを持たない種もおり、P. pyralis のオスを捕食してステロイドを獲得します。ルシブファギンは大部分が防御機構ですが、一部の捕食者を引き付ける効果もあります。[ 1 ] [ 14 ] Lampyridae科の甲虫は、捕食を避けるために不快な臭いや粘着性物質の分泌などの防御手段を用いることが知られています。[ 15 ]鞘翅と前胸背板に沿った部分からルシブファギンを含む不快な液体を分泌することは触覚刺激の結果であり、反射性出血と呼ばれています。[ 16 ] [ 17 ]この反射出血はP. pyralisの防御機能であり、アリなどの特定の捕食者が粘着性物質に絡まる原因となるか、捕食された他の捕食者に嫌悪感を抱かせる可能性があります。[ 16 ]成虫の発光は配偶者シグナルとして使用されますが、蛹の発光は夜行性捕食者に対する警告表示であると考えられています。[ 18 ]
オスは、メスを見つけて交尾するために必要な一連のパトロール発光を最初に開始します。オスは発光しながら活発に飛行しますが、メスは静止しています。[ 19 ]オスのP. pyralis は5 ～ 7 秒ごとに発光し、1 ～ 2 秒遅れてメスからの応答発光を待ちます。[ 20 ]オスの発光間隔の長さは温度に依存し、温度が上昇するにつれて間隔が短くなります。[ 4 ]メスは同種のオスにのみ反応し、オスの発光の黄色い生物発光の色と、オスの発光の時間的パターン、持続時間、強度を組み合わせてオスを識別することが示されています。 [ 21 ]メスは腹部をオスの発光の方向にひねり、自分の発光をオスに見せます。オスはパトロール中、触角を前方に硬く保持し、脚を体側に保持して、ほぼ垂直の姿勢で飛行しているのが観察されます。[ 20 ]また、オスは明らかに最後のメスの発光に視線を向け、メスのホタルが再び発光するまでその方向を向き続けます。[ 20 ]発光はオスがメスに到達するまで続きます。オスは大きな集団で集まり、複数のオスが同じメスを見つける可能性が高いです。この場合、オスのP. pyralis は飛行していないときに互いに攻撃性を示します。[ 22 ]
「攻撃」段階では、鞘翅とランタンが小さいオスが有利ですが、シグナル段階では、鞘翅が長くランタンが大きいオスが有利です。[ 22 ]ランタンが大きいオスは、遠くにいるメスにもその発光が見えることから、求愛のシグナル段階で有利です。また、鞘翅が長いため、これらのオスはメスをより早く見つけることができるという利点もあると考えられています。[ 23 ]
ホタル属Photinusでは、オスはまず光の点滅パターンでメスの注意を引きますが、メスにたどり着くと、提供できる「婚姻の贈り物」の大きさや質に基づいて選ばれます。これらの婚姻の贈り物は精包とも呼ばれ、精子と高レベルのタンパク質、ホルモン、防御化合物、その他の栄養素の組み合わせであり、メスはオスと交尾することを選択した場合、これを卵の栄養源として使用します。[ 24 ]成虫期には、ほとんどのPhotinusホタルは食事をしないため、すべての活動は幼虫期に消費され、その後蓄積されたエネルギーによって賄われます。これは、生殖活動に関して特に重要になります。したがって、これらの婚姻の贈り物は、メスがどのオスのホタルと交尾するかを決定する大きな要因となります。オスにとっては大きなコストになりますが、精包が大きいオスは、将来の子孫を維持するためにメスにより多くの栄養素を提供できるため、生殖成功率が高くなる傾向があります。[ 25 ] メスは、前夜に交尾したオスに比べて、未交尾のオスの婚姻贈物のサイズが大きいため、未交尾のオスと交尾する可能性が高いことがわかった。[ 26 ]
一般的な東部ホタルのメスは多夫性で、複数夜にわたって複数のオスと交尾しますが、1晩に交尾するのは1匹のオスだけです。この行動は、メスの繁殖力と寿命を延ばすことが示されています。[ 25 ]
P. pyralisの発光器官は 2 つの層から構成されています。背側には屈折細胞の層があり、腹側には発光細胞を含む光層があります。[ 27 ]発光器官 (特に光発生層) には多数の気管枝が供給されており、これが発光に必要な酸素を供給していると考えられています。[ 27 ]発光酵素はルシフェラーゼで、ランタンの細胞内に存在します。[ 28 ]ルシフェラーゼは、酸素、ルシフェリン、アデノシン三リン酸(ATP) を必要とし、これらの昆虫の生物発光を生成する化学反応を触媒します。 [ 29 ]低酸素条件下での研究により、発光は気管末端細胞 (弁が含まれていると考えられていた) や中枢神経インパルスによって制御されていないことが示されています。[ 30 ]これらの甲虫の蛹は成虫とは異なる発光器官を持っています。蛹には、発光する成虫に特徴的な気管末端細胞がなく、成虫は明るい閃光を発するのに対し、蛹は弱い光を発する。[ 30 ]
ホタルが光を発するメカニズムを解明し、その技術をバイオテクノロジーの分野でどのように有効活用できるかを研究するために、多くの研究が行われてきました。ルシフェラーゼは、さまざまな研究戦略のツールとなっています。2018年には、Photinus pyralisのゲノム配列が公開されました。[ 31 ]
ルシフェラーゼの最初の用途は、多くのハイスループットアッセイにおけるレポーターマーカーとしてでした。ルシフェラーゼは酸素、ルシフェリン、ATPによって活性化されることが知られているため、アッセイは特にさまざまな生物で起こる酸化還元反応に関するものでした。[ 28 ]これは非常に感度の高いマーカーであり、非常に簡単かつ効率的に使用できるため、科学者の間で広く使用されています。最近の研究では、ルシフェラーゼタンパク質が多くの真核生物のペルオキシソームに特異的に存在することが示されています。ペルオキシソームは酸化反応を実行し、副産物として過酸化水素を生成して速やかに除去する役割を担う細胞小器官です。 [ 32 ]この情報を分子生物学および細胞生物学の分野でさらに発展させるためにどのように使用できるかについて、より多くの研究が行われています。[ 33 ]
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです（リンク）