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カイコガ（学名： Bombyx mori）は、一般的に家蚕として知られ、カイコガ科に属する飼育された蛾の一種です。野生のカイコガであるBombyx mandarinaに最も近縁です。カイコはカイコガの幼虫です。カイコは絹の主要生産者であるため、特に経済的に価値があります。カイコの好む餌は白い桑の葉ですが、他の種類の桑や、他の植物の葉も食べることがあります。何千年にもわたる選択育種の結果、飼育されたカイコガは繁殖を完全に人間に依存しています。野生のカイコガは、 Bombyx属の他の種ですが、絹の生産において商業的にそれほど有望ではありません。
生糸を生産するためにカイコを飼育する養蚕は、中国で少なくとも5,000年前から存在しており[ 1 ] 、そこからインド、韓国、ネパール、日本、そして西洋へと広まった。従来の養蚕法では、蛹の段階でカイコを殺す[ 2 ] 。家畜のカイコは、北インドから北中国、韓国、日本、そしてロシア極東地域に分布する野生のカイコ、Bombyx mandarinaから家畜化された。家畜のカイコは、日本や韓国の系統ではなく、中国の系統に由来する[ 3 ] [ 4 ] 。
カイコは新石器時代以前には家畜化されていなかったと考えられます。それ以前は、大量の絹糸を製造するための道具が開発されていませんでした。家畜化されたカイコ（Bombyx mori）と野生のカイコ（Bombyx mandarina）は今でも繁殖し、時には雑種を生み出すことがあります。[ 5 ]： 342カイコが他のカイコ属の種と交雑できるかどうかは不明です。カイコ属のほとんどの種と比較すると、家畜化されたカイコは体色だけでなく飛ぶ能力も失っています。[ 6 ]
桑蚕は季節的な繁殖頻度に基づいて大きく3つのカテゴリーに分けられます。一世代性の桑蚕は1シーズンに1回しか繁殖せず、一般的にヨーロッパとその周辺で見られます。一世代性の卵は冬の間越冬し、最終的に春に交配します。二世代性の品種は通常東アジアで見られ、温暖な気候によって繁殖が加速されます。さらに、熱帯地方にのみ見られる多世代性の桑蚕もいます。これらの卵は通常9〜12日以内に孵化するため、1年間で最大8世代の幼虫が発生する可能性があります。[ 7 ]桑蚕は環境変数に非常に敏感で、休眠（生理的な発達停止）は光周期、温度、湿度によって大きく影響を受ける可能性があります。[ 8 ] [ 9 ]最近の研究では、二世代性の系統で休眠していない卵の発生も報告されており、休眠の表現がこれまで考えられていたよりも柔軟であることを示しています。[ 10 ]
卵は孵化して幼虫になるまで約14日かかります。幼虫は桑の実を好み、桑の香りの成分であるシスジャスモンに引き寄せられます。しかし、桑以外のクワ属の植物や、クワ科の植物（主にオオバコ）も食べるため、単食性ではありません。蛹になるまでに5齢期を経ます。
幼虫は4回脱皮した後、体がわずかに黄色くなり、皮膚が引き締まります。その後、幼虫は蛹期に入る準備をし、唾液腺から分泌される生糸でできた繭の中に身を包みます。幼虫から蛹への最後の脱皮は繭の中で行われ、繭は脆弱でほとんど動かない蛹の時期に保護層を提供します。他の多くの鱗翅目昆虫も繭を作りますが、繊維生産に利用されているのは 、カイコガ科、特にカイコ属、ヤママユガ科、特にヤママユガ 属のごく一部だけです。
繭は、長さ300メートルから約900メートル（1,000フィートから約3,000フィート）の生糸でできています。繊維は細く光沢があり、直径は約10μmです。最終的な絹の生産に必要な繭の数は、1キログラムあたり約4,000～7,000個（1ポンドあたり2,000～3,000個）です。毎年少なくとも3,200万キログラム（7,000万ポンド）の生糸が生産され、約100億個の繭が必要となります。[ 11 ]
蚕が蛹期を生き延びると、タンパク質分解酵素を放出して繭に穴を開け、成虫の蛾として羽化します。これらの酵素は絹にダメージを与え、1マイル以上の長さの絹糸を不規則な長さの断片に分解してしまうため、絹糸の価値は低下します。しかし、損傷した絹の繭は、中国などで羽毛布団やジャケットなどの製造における「詰め物」として依然として使用されています。これを防ぐため、蚕の繭は水で煮られます。熱によって蚕は死に、水によって繭がほどきやすくなります。多くの場合、蚕は食用にされます。
繭から絹を採取する過程で蛹が死んでしまうため、養蚕は動物福祉や動物の権利活動家から批判されてきた。マハトマ・ガンジーは「生き物を傷つけない」というアヒンサーの哲学に基づき、絹の生産を批判した。これがガンジーによる綿紡績機の普及につながり、その一例はガンジー研究所で見ることができる[ 12 ]。この原則の拡張により、アヒンサーシルクとして知られる現代の生産方法が生まれた。これは野生の絹（野生および半野生のカイコガから採取）で、絹を採取する前に蛾の繭から作られる。
カイコガは、蚕のライフサイクルにおける成虫段階です。カイコガの翅開長は3～5cmで、体は白く毛深いのが特徴です。雌は雄の約2～3倍の大きさです（多くの卵を抱えているため）。カイコガ科の成虫はすべて口器が退化しており、餌を食べません。
カイコガの翅は幼虫の成虫原基から発達する。[ 13 ]野生のB. mandarinaや他のBombyx属の種とは異なり、カイコガは機能的な飛行能力を持たない。野生のB. mandarinaや他のBombyx属の種では、オスはメスに会うために飛んでいく。中には飛び立って空中にとどまる能力を持って羽化するものもいるが、体が小さく翅に対して大きすぎて重いため、持続的な飛行は不可能である。
カイコガの脚は、カイコの幼虫（胸部）脚から発達する。Distallessやextradenticleなどの発生遺伝子は、脚の発達を標識するために使用されてきた。さらに、幼虫の異なる時期に胸部脚の特定の部分を除去すると、成虫のカイコガは対応する成虫の脚の部分を発達させないという結果になった。[ 13 ]
カイコは小型で飼育が容易なため、鱗翅目や一般的な節足動物の生物学の研究においてモデル生物となっています。遺伝学、フェロモン、ホルモン、脳構造、生理学に関する基礎的な発見はカイコを用いてなされてきました。 [ 14 ]その一例が、最初に知られたフェロモンであるボンビコールの分子同定です。これは、個々のカイコが生成するフェロモンの量が少ないため、50万匹の個体から抽出物を得る必要がありました。
多くの研究はカイコの遺伝学と遺伝子工学の可能性に焦点を当ててきました。何百もの系統が維持され、400を超えるメンデル変異が記述されています。[ 15 ]別の情報源によると、世界中で1,000の近交系家畜化系統が維持されているとのことです。[ 16 ]絹産業にとって有用な開発の1つは、桑の葉以外の餌、人工飼料などを食べることができるカイコです。[ 15 ]ゲノムの研究は、絹タンパク質の代わりに薬理学的医薬品を含むタンパク質を生産するようにカイコを遺伝子操作する可能性も示唆しています。カイコの雌は、減数分裂中に相同染色体がシナプトネマ複合体のみで結合している（交叉がない）数少ない生物の1つでもあります。[ 17 ]カイコ の卵母細胞では、減数分裂は完全にアキアズマト（交叉がない）です。 [ 18 ]カイコでは減数分裂のパキテン期にシナプトネマ複合体が形成されるが、対になった染色体間では交叉相同組換えは起こらない。[ 19 ]
Kraig Biocraft Laboratories [ 20 ]は、クモの糸を生成するように遺伝子操作されたカイコを作る共同研究で、ワイオミング大学とノートルダム 大学の研究を利用しました。2010 年 9 月に、この取り組みが成功したと発表されました。[ 21 ]
タフツ大学の研究者たちは、人間の組織に似た感触と外観を持つスポンジ状の絹でできた足場を開発しました。これらは、損傷した靭帯、腱、その他の組織を支えたり再構築したりするために、再建手術中に移植されます。彼らはまた、絹と薬物化合物でできたインプラントも開発し、これは皮膚の下に埋め込むことで、薬を安定的に徐々に放出することができます。[ 22 ]
MITメディアラボの研究者たちは、カイコをさまざまな曲率の表面に置いたときに何を織るかを調べる実験を行った。彼らは、特に直線的な線状の網では、カイコが隣接する線を絹でつなぎ、与えられた形状に直接織り込むことを発見した。この知識を利用して、彼らは数日間かけて6,500匹のカイコで絹のパビリオンを建設した。 [ 23 ]
カイコは、他の無脊椎動物モデルと比較していくつかの有利な特性を持っているため、抗生物質の発見に利用されてきました。[ 24 ]リソシンE [ 25 ]、Lysobacter sp. RH2180-5 [ 26 ]によって合成される非リボソームペプチド、GPI0363 [ 27 ]などの抗生物質は、カイコを使用して発見された注目すべき抗生物質です。さらに、カイコ感染モデルでの治療活性と相関する適切な薬物動態パラメータを持つ抗生物質が選択されました。[ 28 ]
カイコは、病原性微生物の新規病原性因子の同定にも利用されてきた。黄色ブドウ球菌USA300株のトランスポゾン変異体ライブラリーを用いた最初の大規模スクリーニングでは、黄色ブドウ球菌の完全な病原性に関与する8つの新規遺伝子が同定された。[ 29 ]同じ研究チームによる別の研究では、生体内での病原性と酸化ストレス耐性におけるYjbHの役割が初めて明らかになった。[ 30 ]
飼育下のカイコは、野生種（例：B. mandarina）と比較して、繭の大きさ、体の大きさ、成長速度、消化効率が向上しています。人間の存在や扱い、また混雑した環境での生活にも耐性を獲得しています。飼育下のカイコは飛べないため、オスは交尾相手を見つけるために人間の助けが必要であり、潜在的な捕食者に対する恐怖心もありません。また、本来の色彩色素も失われているため、飼育下でのみ生活する場合、カモフラージュは役に立たず、飼育下のカイコは白変種です。これらの変化により、 B. mori は生存のために完全に人間に依存するようになり、野生には存在しません。[ 31 ]卵は孵化を助けるために孵卵器で保管されます。
カイコの家畜化に関する最古の考古学的証拠は、5,000年以上前の中国北部の仰韶文化に関連している。 [ 1 ] [ 32 ] [ 33 ]中国人はまた、 5,000年以上前にコイを家畜化した。コイは養蚕場の池でよく飼育され、カイコの幼虫と糞を餌として与えられた。これにより、養蚕と養殖を同時に行うことが可能になった。[ 34 ]
カイコの育種は、商業的な観点からカイコの全体的な改良を目的としています。主な目的は、繁殖力、幼虫の健康、繭と絹の生産量、および病気への抵抗力を向上させることです。健康な幼虫は、健康な繭の生産につながります。健康は、蛹化率の向上、巣の中での死んだ幼虫の減少、[ 35 ]幼虫期間の短縮（これにより感染の可能性が低くなります）、および青みがかった5齢幼虫（赤褐色のものよりも健康です）などの要因に依存します。生産される繭と絹の量は、蛹化率と幼虫の体重に直接関係しています。健康な幼虫は、蛹化率と繭の重量が大きくなります。繭と絹の品質は、遺伝を含む多くの要因に依存します。
米国では、教師が教室でカイコガを飼育して科学プロジェクトとして生徒に昆虫のライフサイクルを紹介することがあります。生徒は卵から幼虫、蛹、成虫に至るまでの昆虫の完全なライフサイクルを観察する機会を得ます。[ 36 ]米国以外では、このカイコガは中国、南アフリカ、ジンバブエ、イラン、台湾など、いくつかの国の教育現場で利用されています。[ 37 ]
家蚕の全ゲノムは、2008年に国際蚕ゲノムコンソーシアムによって公開された。 [ 16 ]ドラフト配列は2004年に公開された。[ 38 ] [ 39 ]
家蚕のゲノムは中規模で、ゲノムサイズは約4億3200万塩基対である。注目すべき特徴は、ゲノムの43.6%が反復配列であり、そのほとんどが転移因子であることである。少なくとも3000個の蚕の遺伝子は固有であり、他のゲノムには相同遺伝子が存在しない。蚕が大量の絹を生産できる能力は、特定のtRNAクラスターの存在、およびいくつかのクラスター化したセリシン遺伝子の存在と相関している。さらに、蚕が有毒な桑の葉を摂取できる能力は、細菌遺伝子から獲得されたと思われる特殊なスクラーゼ遺伝子と関連している。[ 16 ]
2018年には、Illuminaによる137株のゲノムのショートリードが公開された。[ 40 ] 2022年には、Nanoporeによる545株のゲノムのロングリードが公開された。[ 41 ]
カイコガの蛹は食用昆虫であり、一部の文化圏では食用にされている。
中国には、黄帝の妃である廿祖（西陵氏）という古代の皇后が蚕の絹を発見したという伝説がある。彼女が木の下でお茶を飲んでいたところ、絹の繭がお茶の中に落ちてきた。彼女がそれを拾い上げ、絹糸を指に巻き始めると、ゆっくりと温かい感触がした。絹糸がなくなると、小さな幼虫が見えた。彼女はすぐに、この幼虫が絹の源だと気づいた。彼女はこのことを人々に教え、それが広く知られるようになった。蚕に関する伝説は他にも数多く語り継がれている。
中国人は絹の知識を秘密にしていたが、ある話によると、ホータンの王子と結婚した中国の王女が、おそらく西暦1世紀前半に「持参金の一部として蚕を髪に隠して」オアシスに絹の製造の秘密をもたらしたという。[ 46 ]西暦550年頃、キリスト教の修道士が中空の棒に隠した蚕を中国から密輸し、東ローマ帝国に秘密を売ったと言われている。
ベトナムの民話によると、蚕はもともと、残忍な主人から逃げて山に住み、山の神に守られていた美しい女中だった。ある日、天から好色な神が地上に降りてきて、女を誘惑しようとした。彼は彼女を見つけると、彼女を襲おうとしたが、彼女は逃げ出し、山の神に隠された。好色な神は、山の周りに網を仕掛けて彼女を探し出し、捕まえようとした。観音菩薩の加護により、少女は網を無事に飲み込むことができた。最後に、邪悪な神は仲間の雷神と雨神を呼び寄せ、彼女の服を攻撃して焼き払い、彼女を洞窟に隠れさせた。裸で寒さに震えながら、彼女は網を吐き出し、それを毛布代わりにして眠った。少女は眠っている間に亡くなり、他の人々を助け続けたいと願ったため、彼女の魂は蚕になった。
カイコは基本的に単食性で、クワの葉（Morus spp.）のみを食べる。人工飼料を用いる技術の開発により、発育に必要なアミノ酸が判明した。[ 47 ]様々なアミノ酸は、5つのカテゴリーに分類できる。
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