〈第 64 回 静岡県学生科学賞 県科学教育振興委員会賞〉「さなぎの色はどうなんだ!?」～パート 7～
さなぎの体色の決定条件を探る
浜松市立佐鳴台中学校
３年 宮本 龍冶
１ 研究の動機
小学校３年生のとき自宅で飼育していたキアゲハチョウのさなぎの体色がさなぎによって違うことに気付いた。それは、捕食者に見つからないようにする「保護色」ではないかと考えた。それ以来、「さなぎの色はどうなんだ！？」をテーマに、さなぎの体色の決定条件を調べるため、これまでに 600匹を超えるキアゲハチョウのさなぎを観察した。７年目の今年の研究では、これまでの研究全体を振り返り、なぜ、キアゲハチョウのさなぎの体色には、茶系や緑系があるのか、なぜ、さなぎは、そのように色を変えているのかなどについて、総括的に考察したいと考えた。
２ これまでの研究より（１） 表面のざらつきに影響される小学校までの研究では、さなぎになった場所の周りの色、ざらつき、明るさ、ぶら下がる向きなどの影響について調べてきた。また、「暗箱の中では褐色さなぎになりやすい」（「蝶・サナギの謎」平賀壯太 2007）と報告されている先行研究を参考に研究を行った。そして、さなぎの体色は、茶系か緑系のどちらかになることや、さなぎになる場所の表面のざらつきに大きく影響を受けることが分かった。
（２）影響を与えるのは、表面のざらつきだけではない
中学 1 年の研究では、育てたキアゲハチョウのさなぎ、387 匹のデータを分析し、茶系や緑系のさなぎの出やすい条件を、表面のざらつき、明るさ、ぶら下がる向きの 3 観点で整理した結果、茶系や緑系のさなぎが出現しやすい条件が分かってきた。そして、さなぎの体色は、複数の条件（表面のざらつき、明るさ、さなぎの向きなど）の影響を受けて、決定されるのではないかと考えた。
（３） 複数の条件（表面のざらつき、明るさ、さなぎの向き、気温など）の影響
中学 2 年の研究は、それまでの研究結果をもとに、表面のざらつき、明るさ、さなぎの向きの３つの条件を組み合わせて、さなぎの体色への影響についてより研究を深めることにした。また、さなぎの体色と気温の関係についても研究を行った。
（４） 遺伝的な影響はあるのか
中学２年の研究では、遺伝的な影響があるのかどうかについても調べた。同じチョウから生まれた幼虫 22 匹のさなぎの体色を観察した結果、22 匹中、13 匹が緑系、10 匹は茶系になった。調査数が少ないため、さなぎの体色に対する親からの遺伝的な影響については、明確にできなかった。
３ 今年の研究について
中学３年の今年は、暗くてざらざらの場所でさなぎになる場合を中心にデータを増やして研究した。
また、これまでの研究を振り返り、新たな視点も加えて考察をした。
４ 準備した物・キアゲハの食草（ミツバ、パセリ、アシタバ） ・サンドペーパーＧ４０ ・カップ
・大きな虫かごが入る箱（暗いハウス用） ・サンドペーパーＧ１００ ・シール ・カメラ
・観察ノート ・温度計・画用紙（白） ・キアゲハの幼虫
・虫かご（さなぎハウス用）
５ 研究方法（１） 庭に植えたキアゲハの食草から、卵や幼虫を採集し育てる。
（２） さなぎになりそうになったら、実験用虫かごに振り分け入れる。
（３） 幼虫がさなぎになったら、以下の５つのことを記録し表にまとめる。

ア さなぎの色（３日目の色を記録）

５つの観点で記録した表イ さなぎになった場所のざらつき
ウ さなぎになった場所の明るさ
エ さなぎの向き
オ さなぎになった場所の気温
６ 結果

これまでの６年間のデータに、今年のデータを組み合わせて表やグラフに結果をまとめた。
（１）三つの条件を組み合わせたときのさなぎの体色（表面のざらつき、明るさ、向き）茶

さなぎの体色の出現率 3つの条件（表面のざらつき、明るさ、向き）別
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

明るい
つるたて明るいつる横

明るい
ざらたて明るい
ざら横

明るい
全体

暗いつるたて暗いつる横暗いざらたて暗いざら横暗い全
体全体

緑

46

22978433115453

130

茶71

43

93126

41

16

49

35141

192

茶緑その他

緑（２） さなぎの月別出現数
さなぎの色の出現数（月別 2018～2020）
200

162

150
100

75
36

50

13555

49

33
310

30
５月

６月

７月

８月

（３）気温とさなぎの体色の関係
さなぎの色の出現数（温度別 2018～2020）
60
50
40
30
20
100

茶緑その他

192425

26

27

28

2930

3132

33

34

35

36

茶02

91734

28

2157

32

1914

19

145緑

2

38133024151224614402

その他

00021101100000７ 考察とまとめ（１）体色の決定条件と自然界とのつながり
今年の研究で、これまで以上にはっきり分かったことは、茶系の一番出現しやすい条件は、ざらざら面で暗くてたて向きであることだ。また、気温が 30 度以上になると、茶系の出現率が、ぐっと高くなることも分かった。これらの結果をふまえて、再度、体色の決定条件を整理してみると、それぞれの色の出現しやすい条件は、以下のようになる。
＜緑系の出現しやすい条件＞＜茶系の出現しやすい条件＞
・つるつる面で暗くて縦向き◎ざらざら面で暗くて縦向き
・ざらざら面で明るくて縦向き
・ざらざら面で暗くて横向き
・ざらざら面で明るくて横向き
・７～８月にさなぎになった場合
・５～６月にさなぎになった場合
・気温３０度以上
・気温が１９～２９度のときこのことをもとに、緑系の出現しやすい条件、茶系の出現しやすい条件は、自然界では、どのような場所であるか考察し、以下のようにまとめた。
＜自然界と緑系の出現しやすい条件のつながり＞
・つるつる面で暗くて縦向き
初夏のつるつるした葉や茎で、木々が生い茂っている薄暗い場所
・ざらざら面で明るくて縦向き枯れ葉や、木の幹などゴツゴツしていたりざらざらしていたりする場所
・ざらざら面で明るくて横向き枯れ葉の裏や、木の枝の下部の部分など、ゴツゴツしていたりざらざらしていたりして、横向きにぶら下がれる場所＜自然界と茶系の出現しやすい条件のつながり＞
・ざらざら面で暗くて縦向き枯れ葉や、木の幹など、ゴツゴツしていたりざらざらしていた
りする薄暗い場所

・ざらざら面で暗くて横向き枯れ葉の裏や木の枝など、ゴツゴツしていたりざらざらしていたりして、横向きにぶら下がれる薄暗い場所

このことから、チョウの幼虫は、さなぎになるときに環境要因を感じ取り、自然界でその環境のとき、周りの色に溶け込める可能性の高い色を選んでさなぎになっていると考えられる。
（２）なぜキアゲハのさなぎは色を変えるのか
僕が飼育したチョウの中には、さなぎの色が 1 種類しかないものもいた（例 ジャコウアゲハ）。キアゲハチョウは、さなぎの色が大きく 2 種類ある。そのため、「そもそもなぜキアゲハのさなぎは色を変えるのか」という疑問がわいた。そこで、このさなぎの色が 1 種類しかないものと、複数あるものの差は、何なのかを考察した。
「見ながら学習 調べてなっとくずかんさなぎ」、「擬態」などの新たな参考文献を使って調べてみると、キアゲハのさなぎは、捕食者から見つからないようにするために隠蔽擬態をしていると分かった。ジャコウアゲハの食草のウマノスズクサには、毒性のあるアリストロキア酸が含まれ、幼虫時代にその葉を食べることによって、体内に毒を蓄積する。その毒は一生残るため、捕食した捕食者は、中毒を起こすと分かった。逆にさなぎの色が複数あるキアゲハやアオスジアゲハなどは、毒を持たないことが分かった。
このことから、毒をもっているか、持っていないかが、さなぎの色が 1 種類しかないか、複数あるかの違いと考えた。つまり、そもそも見つからないようにするか、見つかっても食べられないようにするかの違いなのではないか。ちなみにジャコウアゲハのさなぎも越冬するものは暗めの色になることが多いようだ。
では、なぜ毒を持つか、色を変えるかという違いがあるのだろうか。毒をもっていても、色を変えても、生き残ることができるならどちらでもよかったはずなのになぜこのような違いになったのか予想した。チョウや、ガの先祖が生き残るために、進化を繰り返しる中で、毒を持つことを選んだもの

と、色を変える保護色を選んだものがいたと考えられる。毒を持つことを選んだものは、生息していた場所に隠れる場所がなかったのではないか、そのため見つかっても食べられないよう、毒を持ったと考えている。逆に色を変えることを選んだものは、生息していた場所に、隠れる場所があったのではないかと考えている。
（３）どのようにして、さなぎの体色を決定しているのか
JT 生命誌研究館の尾崎克久さんの「蝶が食草を正確に見分けるしくみ」という研究について、ホームページで知った。チョウは、卵を産む前に食草を足で触るドラミングという行動を行う。それは、足に味覚を感じる器官がついていて、それで食草を判断しているというものだった。そこで、僕は、その器官に似た何らかの器官が、幼虫の足にもついていて、その器官を使ってさなぎになる場所の表面の色やざらつきなどの環境要因を感じてさなぎの体色を決定しているのではないかと考えた。
他にも、参考文献「しぜんのひみつ写真館 8 ぜんぶわかる！アゲハ」を読むと、チョウの成虫は、色を見分ける視力があるらしいことも分かった。このことから、幼虫にも同様の視力があって、さなぎになる場所の表面の色や明るさ、ざらつきなどが見えているのかもしれないと思う。
また、さなぎのＤＮＡの中に、さなぎの体色決定機構が組み込まれており、さなぎになった場所の環境が、○○だったら緑系のさなぎ、△△だったら茶系のさなぎ、というような命令が出され、さなぎの体色を決定している可能性がある。つまり、世代を超えた学習体験がＤＮＡの中に組み込まれているのだろう。
（４）これからの研究について
これまでの 7 年間の研究を振り返って、キアゲハチョウは生き残るためにさなぎの体色を変えているということが、改めて分かった。さらに、キアゲハのさなぎは、周りの色に合わせて、自分で体色を選択しているところに、生物の不思議を感じた。また、キアゲハの休眠蛹（越冬蛹）は、過冷却点（－23.５℃±2.2）を下回ると凍りはじめることや体液が凍ってしまってもなお生存が可能で、凍らせたさなぎが生き返ること、この特徴は近縁の他のアゲハには見られないということにとても驚いた。
今後は、キアゲハのからだの器官とさなぎの体色の関係、アゲハチョウの DNA の進化、凍っても生き返るキアゲハの休眠蛹についての研究などを行い、医療（移植用の臓器の輸送術）や食物の鮮度や保存技術（凍らせても生き返らせる方法）など、人間の健康や生活に役立てられないか考えてみたい。
８ 参考文献等平賀壯太(2007)「蝶・サナギの謎」トンボ出版 3-15 頁
ぐんま昆虫の森 第３回企画展 冊子（2006）「かくれる虫・さがしだす鳥」ぐんま昆虫の森
鈴木知之（2015）「見ながら学習 調べてなっとくずかん さなぎ」株式会社技術評論社 90-103 頁
新開孝（2017）「しぜんのひみつ写真館 8 ぜんぶわかる！アゲハ」 株式会社ポプラ社 44-49 頁
吉川寛、海野和男（2018）「アゲハチョウの世界 その進化と多様性」株式会社平凡社 34-63 頁
ＪＴ生命誌研究館ホームページ https://www.brh.co.jp/
大崎直太（2000）「蝶の自然史―行動と生態の進化学―」北海道大学図書刊行会 93-133 頁
上田恵介（1999）「擬態 〈だましあいの進化論Ⅰ〉」築地書館株式会社 94-106 頁
三輪一雄（2018）「ポプラサイエンスランド７ サナギのひみつ」株式会社ポプラ社 48-55 頁
高家博成・海野和男・大木邦彦(2004)虫のくらし写真感１０「アゲハチョウ」ポプラ社 22-23 頁
佐藤有恒・本藤昇(1973)科学のアルバム「アゲハチョウ」あかね書房 22-23 頁
七尾純・小田英智・久保秀一(1990)「カラー自然シリーズ＝２８アゲハチョウ」26-27 頁
伊藤ふくお・岡島秀治(2012) かがやくいのち「アゲハチョウ」あかね書房 42-43 頁
藤丸篤夫(2009)「アゲハチョウ観察ブック」 偕成社 21 頁
佐藤信治(2009)ぼくの庭にきた虫たち「アゲハチョウ観察記」農山村文化協会 24-25 頁
柏原順太(2005)小学館の図鑑ＮＥＯ「飼育と観察」小学館 42 頁
小池啓一(2009)小学館の図研ＮＥＯ「昆虫」小学館 110 頁