兵庫県立西脇高等学校生物部
越前太智，篠田睦生，畑中佳，寶谷

拓，奥田真奈，橋本眞子，棚倉有紀，岩田真菜

舞，藤井陽菜子（顧問：川勝和哉）

日本農芸化学会

クロゴキブリの脚の褥盤の役割の解明

本 研 究 は， 日 本 農 芸 化 学 会 2017 年 度 大 会（開 催 地： 京 都 女子 大 学） の「ジ ュ ニ ア 農 芸 化 学 会」 で 発 表 さ れ た も の で ある． 今 回 の 金 賞 受 賞 校 で も あ る 発 表 者 の 研 究 対 象 は な ん と，●

私 た ち の 日 常 生 活 で も 忌 み 嫌 わ れ る「ゴ キ ブ リ」． ゴ キ ブ リを退治しようと新聞紙を丸めて追いかけると，壁を自由に走り回って逃げてしまう．ゴキブリはどうして平滑で垂直な壁歩行に効果的にはたらいていることがわかっている (2, 3)．
これに対して，卵から孵化したばかりのクロゴキブリでは，4 枚の褥盤や爪間盤は不明瞭であり（図 2），これらは成長とともに形成されていくことが明らかになっていという疑問が本研究を行る．そこで，本研究ではクロゴキブリの走る速さや垂直う動機になったという．こんなユニークなきっかけで開始さ構造をも走り回れる要因と考えられるクロゴキブリの 4を自由に歩くことができるのか？

化学と生物れており (1)，褥盤は粘着物質覆われており吸着能を高めてれ た 本 研 究 で あ る が， 終 始， 科 学 的 な 視 点 と 手 法 を 失 わ ず，鋭い観察眼によって生物のもつ構造・機能的解析を進める手法は，研究材料の特異性だけでない，たいへん優れた内容であり，金賞受賞校にふさわしい研究発表であった．

枚の褥盤のそれぞれの役割を明らかにすることを本研究の目的とした．
【研究材料および実験方針】
本研究ではクロゴキブリ（）を研究の対象にした．この選択は，成虫に要する時間，体本研究の目的・方法および結果重などの個体差をなくす必要性，種としてのクローンで【目的】あることが望ましいこと，また，研究材料として無害な）ゴキブリであることなどの条件を考慮して決定された．の脚（成虫）の構造については，図 1 に示したように，さらに，実験試料の取り扱いに関しては，十分な経験を先端の爪の間に爪間盤（そうかんばん）と呼ばれる板が有する住化テクノサービス株式会社の昆虫チームの協力

1 枚（図 1 中の X）と，そのあとに 4 枚の褥盤（じょくばを得ながら，実験試料を 40 匹入手して実験が行われた．

実験試料であるクロゴキブリ（ん）と呼ばれる板（図 1 中の I〜IV）がある．先端の爪と爪間盤は，床面にひっかけて歩くためのものとして知ら

図 1 ■ クロゴキブリの脚（成虫）

化学と生物 Vol. 55, No. 9, 2017

図 2 ■ 孵化したばかりのクロゴキブリの脚651

次に，ゴキブリの歩行には粘着力が重要であることが実験では，コーンスターチをどの脚に塗布したかによる知られている．そこで，前脚，中脚，後脚のそれぞれ全顕著な違いは見られなかった．これに対して，垂直に設体に微粉末を塗布して粘着力を奪い，水平方向と垂直方置したレーン内の走行実験では，前脚と後脚にコーンス向に歩行させる実験を行った．さらに，それらの脚の褥ターチを塗布した場合に顕著な差異が認められ，減速率

盤 1 枚ずつに微粉末を塗布して粘着力を奪って歩行させ，が最大で 33.5％まで低下し，垂直方向での移動速度を下塗布前後で歩行の速度がどのように変化するかを測定すげることが明らかになった．そこで，さらに，垂直なることで，それぞれの脚に 4 枚ずつある褥盤 1 枚 1 枚のレーンを用いて前脚および後脚のそれぞれ褥盤 1 枚ずつ役割を明らかにした．また，クロゴキブリの活動条件の役割を確認する実験を行った．まず，コントロールと（気温 26〜28 C，湿度 65〜70％）を見いだし，活動時間して，前脚にコーンスターチを塗布する前のクロゴキブ帯（18〜22 時）に沿って実験を行うことで，ゴキブリリにレーンを走らせた場合の歩行速度を測定し，前脚にの活動に適した条件での実験遂行を努めた．

ある 4 枚それぞれの褥盤の 1 枚ずつコーンスターチを塗

化学と生物

●

日本農芸化学会【実験方法および研究結果】
まず，すべての脚の 4 枚の褥盤が接地しているかどうかを観察したところ，じっとしているときには，すべて布した場合，また，後脚にある 4 枚それぞれの褥盤の1 枚ずつコーンスターチを塗布した場合の走行速度を比較した．の脚の 4 枚の褥盤が接地していたが，歩行の際にはすべ

その結果，5 検体に対してそれぞれ 5 回の測定を行い，ての褥盤が接地しているわけではないことがわかった．

コントロール値に対する歩行速度の変化率を表 1 にまとそこで，歩行に重要な脚を特定するためにアクリル板をめた．なお，速度の変化率（％）は，コーンスターチを用いてゴキブリを走らせるレーンを作製した（図 3）．

塗布する褥盤が 1 枚少ない実験結果との差の割合を示す

また，特定の脚や褥盤に微粉末を塗布するための装置もことで，当該褥盤への粉末の塗布による速度の減速変化自作した（図 4）．その際，ゴキブリの脚に塗布する微粉率が大きければ，その褥盤に大きい力がかかっているこ末として，生物に害を与えず，粒度が小さい（直径 10 µmとを表すようにした．まず，前脚の褥盤ついては，爪側以下）コーンスターチ（トウモロコシデンプン）を用いから 1 枚目と 4 枚目，および 2 枚目と 4 枚目の褥盤の組みた．

合わせでコーンスターチを塗布した場合に減速率が大き次に，実際にクロゴキブリを 1 匹ずつ水平に置いたくなることが判明した．後脚については，爪側（外側）レーン内を走らせ，デジタルカメラで撮影した．この映から 1 枚目と 3 枚目，および 1 枚目と 4 枚目の褥盤の組み像を参考に走った距離と時間から走行速度（cm/s）を合わせのときに大きな減速率が観察され，垂直方向への求めた．同様の操作をクロゴキブリの各脚の全面に小筆

移動にはこれらの褥盤が関与していることが明らかにを用いてコーンスターチを塗布した場合でも実施した．

なった．

さらに，この操作を垂直のレーンで行った．なお，本測

これらの結果をまとめるとクロゴキブリの脚は，垂直定は，すべて同じ 1 検体に対して 5 回行われ，総計 5 検方向の移動において効果的な分担があると考えられ，前体（個体 1〜5）が用いられた．

脚，後脚ともに重要な役割を担っていた．静止している

レーン実験の結果，水平方向に置いたレーン内の走行

図 3 ■ 走行レーン

652

ときはすべての褥盤が接地しているのに対して，歩行の図 4 ■ 粉末塗布装置

化学と生物 Vol. 55, No. 9, 2017

化学と生物●

日本農芸化学会

表 1 ■ 各褥盤にコーンスターチ塗布した走行実験の結果際には脚を立てて褥盤を使い分けていた．加えて，垂直タの精度を高めることで，各褥盤についての役割をより方向の移動における前脚と後脚の各褥盤の役割について鮮明化させているそうである．本研究成果をはじめ，今調査したところ，主に前脚の爪側から 1 枚目と 4 枚目，後の研究をさらに進めることで，顕著な効果が観察されおよび 2 枚目と 4 枚目，後脚の 1 枚目と 3 枚目，およびなかった褥盤の役割や他種のゴキブリ，ゴキブリと近縁

1 枚目と 4 枚目の褥盤を組み合わせることで垂直の壁面関係にある昆虫における各褥盤の利用・役割の関係性をを上がるための力を効果的に伝達していると考えられ，も明らかにできそうである．さらに，これらの成果をロ4 枚の褥盤すべてを歩行に使うわけではなく，選択的なボット・AI の設計・作製に活用できれば，垂直に近い利用が明らかにされた．

活動困難な場所にも対応できる自走型遠隔操作ロボットの誕生も夢ではないだろう．

まとめと今後の課題
本研究の達成には，実験装置を自作できる発想力，効果的な実験内容の構築，クロゴキブリの細い脚に正確にコーンスターチを塗布する高い実験技術，各褥盤の役割を鮮明化するための実験データの効果的な整理とデータ化が不可欠である．発表者はこれらのすべてをやりきって，実験結果を得ており，たいへんわかりやすい研究成果としてまとめられていた．
発表者らは，現在も走行実験を繰り返し，さらにデー

化学と生物 Vol. 55, No. 9, 2017

文献1) BSI 生物科学研究所：衛生昆虫の微細構造̶第 1 章ゴキブ
リ̶，2013.
2) R. G. Beutel & S. N. Gorb:,39, 177 (2000).
3) 西村 満：衛生動物，44, 142（1993）．

（文責「化学と生物」編集委員）

Copyright © 2017 公益社団法人日本農芸化学会
DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.55.651

653