ザリガニの体色変化と β カロテン量の関係
関本 樹
1.

背景
アジやサバ、ジャガイモなどカロテン量の少ないエサを与えると、脱皮を繰り返すごとにザリガニの体色が青色になり、そして白色へと変化する。この色の変化は一般的に「体色変化」と呼ばれており、たくさんの研究例がある中、どれもカロテンの量が原因で起こる変化であると結論づけている。

2.

先行研究
ザリガニの体色は青、紫、赤色の 3 種類のカロテノプロテインとカロテノイドの共存によると報告されている。

3.

図 1 体色変化によって生じた
研究目的
青のアメリカザリガニ
ザリガニの体色変化の過程で現れる青色の状態と、その青色を維持するのに必要なカロテノイド量との関係を明らかにした。本実験はカロテノイドの一種である β カロテンを用いて実験を行った。

4.

β カロテン（beta-Carotene）
分子式：C40H56/分子量：536.87/水、グリセリン等には不溶で、油脂に可溶。

図25.

βカロテンの分子量とその粉末

予備実験〈目的〉β カロテンの有無によるザリガニの体色変化を明らかにした。
〈方法〉4cm ほどのアメリカザリガニを 3 匹用意した。
それぞれの個体を以下の条件で飼育し、3 か月間観察した。
個体ⅠとⅡ：アジの干物（β カロテン無し）
個体Ⅲ：水草、タニシ（β カロテン有り）※個体Ⅰと個体Ⅱは信憑性を上げるため同条件で二匹を飼育
〈結果〉
個体Ⅰ
個体Ⅱ
個体Ⅲ

図3

個体Ⅰと個体Ⅱ、個体Ⅲの実験前の個体と 3 か月後の個体

76

β カロテンを含まない餌だけを与えた個体Ⅰと個体Ⅱは、褐色から白へと体色が変化した。また、脱皮回数は、個体Ⅰと個体Ⅱは 5 回であるのに比べて個体Ⅲは 7 回だった。また、個体Ⅲは個体Ⅰ、個体Ⅱよりも大きく育った。
〈考察〉
参考文献の「ザリガニの食と変色」ではアジを食べさせることで、体色が赤色から青、青から白へと変化したと書かれていた。本実験で使用したザリガニは褐色の個体であり、青を通さず白へと変化した。
このことから、褐色の個体に β カロテンを含まないアジを与えると青にはならないと結論づけた。
6. 本実験（実験期間：8/3～9/16）
1g あたりの β カロ 45 日間に与える β カロテ〈目的〉ザリガニの体色が青色になるのに必テン量 (mg/g)
ン量の合計(mg)
要な β カロテン量を明らかにした。
① 4cm 前後のアメリカザリガニを 100 匹01群0購入し、それらの中から同じ体重・体長0.9
2群0.025をした個体を 34 匹選定し、そのうち２1.8
3群0.050匹を予備とした。
2.74群0.075② 4 匹を 1 群として 32 匹を 8 つの群に分3.6
5群0.100
けた。
4.56群0.125③ 水槽（45cm×30cm×25cm）を 16 個用意
5.47群0.150
し、クリアファイルを用いて１つの水槽を２つに区切ることで一つの水槽で6.38群0.175
2 匹を別々に飼育できるようにした。
表 1 各１群～8 群に与えた β カロテン量④ 餌に含まれる β カロテンの含有量を右表のように変化させたエサを作った（→【エサの作製】を参考）。
⑤ 食べ残したエサに含まれる β カロテン量を求めるために、食べ残しは取り出して重さを量り、記録した。
⑥ 実験開始 8/3 から 11 日目の 8/13、18 日目の 8/20、25 日目の 8/27、45 日目の 9/16 に合計 4 回各個体の体色を色彩色査計(コニカミノルタ社 CR-300)用いて、図４のように全個体 3 箇所ずつ計測してその平均をとった。
※脱皮殻はすべて水槽から取り出した。
【エサの作製】
図 4 生体の体色の計測ポイント〈準備物〉➢ グルテン（図 5-A）
・・・・・薄力粉から抽出したタンパク質。
➢ 粉末状態のアジ（図 5-B）
・・・・・アジの干物をミルサーで粉砕。
➢ ザリガニフード（図 5-C）・・・・・ザリガニのエサ(製造販売元：キョーリン)

5-A
図５➢

5-B
βカロテン量を計測した資料

5-C

β カロテン(図２)
アジの干物

グルテン

ザリガニフード

水分含有時の質量(g)6.93220.2016.600

乾物状態での質量(g)

6.001

6.035

6.008

吸光度の平均(Abs)000.050

乾物状態の β カロテン含有量(mg/g)

000.150

表 2 β カロテン量の計測（→参考文献）

77

〈作り方〉
アジの干物を、ミルサーを使って粉末状態にしたもの 0.3ｇと β カロテン（粉末）を乳鉢と乳棒を用いて混ぜ合わせた。それらをグルテン 0.5ｇに練りこんだ。
ザリガニフードだけで飼育した個体は赤色となっているので、ザリガニフードに含まれる β カロテン量と同じ量を 7 群に与える β カロテン量と設定し、各群に与えるエサに含ませる β カロテン量を決定した。
(表１)【L*a*b*色空間】
本研究では、ザリガニの体色を表現する方法として、色彩色査計を用いて L*、a*、b*を求め、a*と b*を基にしてザリガニの体色変化を観察した。
L*a*b*色空間では、明度を L*、色度を a*、b*で表している。図 6 は、
L*a*b*色空間色度図である。図から分かるように、a*、b*は、色の方向を示しており、a*は赤方向、-a*は緑方向、そして b*は黄方向、-b*は青方向を示している。数値の絶対値が大きくなるに従って色あざやかになり、中心になるに従ってくすんだ色になる。

図 6

L*a*b*色空間色度図〈結果〉
図７は、実験開始 8/3 から 11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に撮影した。４個体を観察したが、脱皮回数の多かった２個体を載せた。その２個体のうち片方を個体Ⅳ、もう片方を個体Ⅴとした。個体Ⅳ、個体Ⅴの変化は以下のようになった。
【1 群】
個体Ⅳ脱皮の失敗により死(5.92g , 6.3cm)
個体Ⅴ(11.01g , 7.5cm)(4.90g , 5.5cm)(6.00g , 6.2cm)

図7(6.92g , 6.5cm)(8.58g , 6.9cm)

実験開始から 11 日目、18 日目、25 日目、45 日目に撮影した 1 群の個体の写真（各写真下は（体重・体長）を示した）

他の２匹の個体は個体Ⅳと同じく、脱皮の失敗により死んだ。
〈考察〉
図８は実験開始から 11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に色彩色差計で計測した色の変化を a*-b*を基準に表した。この散布図から、8/3～9/16 日にかけて、個体の色はほとんど変化していないことがわかった。よって、エサに β カロテンが含まれていないと、脱皮回数が少なくなり、体色を変化させる78ことができないものと考えられた。また、β カロテンを含まないエサばかりを与えることで脱皮に失敗しやすくなる傾向にあった。このことから、β カロテンはザリガニの殻を形成するのに必須な成分ではないかと推察された。

図8

【2 群】
個体Ⅵ

1 群の 4 個体の体色の推移を散布図で表した図(6.4g , 6.4cm)
個体Ⅶ(6.47g , 6.6cm)(7.02g , 6.9cm)(9.13g , 7.6cm)(5.52g , 5.6cm)(5.50g , 6.1cm)(5.74g , 6.2cm)(9.89g , 7.3cm)

図9

実験開始から 11 日目、18 日目、25 日目、45 日目に撮影した２群の個体の写真（各写真下は（体重・体長）を示した）

脱皮回数が多かった個体では、個体Ⅵと個体Ⅶ共にどちらとも４回の脱皮を行った。しかし、その他の２匹は脱皮回数 2 回で体色の変化がなかったため写真は載せていない。個体Ⅵの摂取した β カロテン量は 0.80mg、個体Ⅶの摂取した β カロテン量は0.79mg であった。
〈考察〉
図 10 は実験開始から 11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に色彩色差計で計測した体色の変化を a*-b*を上から見たところを示したものである。この図から、8/3～9/16 日にかけて、青方向へと変化する個体が２匹いた。よって、個体Ⅵと個体Ⅶから、エサに含まれる β カロテン量が 0.80mg、0.79mg に近い値である場合、体色を青色へと変化させる可能性は低いと結論づけた。

図 10 ２群の 4 個体の体色の推移を散布図で表した図79

【3 群】
個体Ⅷ(4.69g , 5.9cm)
個体Ⅸ(4.95g , 5.8cm)(5.57g , 6.2cm)(7.18g , 6.6cm)(4.25g , 4.5cm)(4.59g , 5.7cm)(4.48g , 5.9cm)(6.05g , 6.4cm)

図 11 実験開始から 11 日目、18 日目、25 日目、45 日目に撮影した３群の個体の写真（各写真下は（体重・体長）を示した）
個体Ⅷは４回の脱皮を行い、個体Ⅸでは 3 回脱皮を行った。もう２匹は 3 回脱皮したが個体Ⅸと同じく、色の変化が見られなかったため写真を載せていない。個体Ⅷの摂取した β カロテン量は 1.43mg、
個体Ⅸの摂取した β カロテン量は 1.5mg であった。
〈考察〉
図 12 は実験開始から 11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に色彩色差計で計測した体色の変化を a*-b*で表した。図 12 から、4 匹のうち１匹が青方向へと体色が変化した。
しかし、それ以外の３個体は色の変化がほとんどなかった。
よって、β カロテン摂取量が 1.43mg、1.5mgに近い値である場合、必ずしも青色に変化するということではないと結論づけられた。
図 12 ３群の 4 個体の体色の推移を散布図で表した図
【4 群】
個体Ⅹ

(5.78g , 5.8cm)
個体Ⅺ(5.91g , 6.4cm)(6.16g , 6.1cm)(7.81g , 6.5cm)(4.59g , 5.7cm)(4.68g , 5.9cm)(5.04g , 5.7cm)(6.61g , 6.2cm)

図 13 実験開始から 11 日目、18 日目、25 日目、45 日目に撮影した４群の個体の写真（各写真下は（体重・体長）を示した）

80

個体Ⅹ、個体Ⅺは４回の脱皮を行った。また、個体Ⅹの摂取した β カロテン量は 2.44mg、個体Ⅺの摂取した β カロテン量は 2.37mg であった。しかし、それ以外の３個体は色の変化がほとんどなかった
ため、写真は載せていない。
〈考察〉
図 14 は実験開始から 11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に色彩色差計で計測した色の変化を a*-b*で表した。それぞれの個体の体色は黄色方向と赤方向へと変化した。今回与えた β カロテン量が個体の体色を黄色方向かつ赤方向へと変化させる可能性が考えられた。

図 14 ４群の 4 個体の体色の推移を散布図で表した図【5 群】
個体Ⅻ(4.53g , 5.7cm)個体 XIII

(6.19g , 6.4cm)(5.6g , 6.1)

(5.71g , 6.2cm)(6.16g , 6.9cm)(6.93g , 6.7cm)(7.54g , 6.7cm)(9.13g , 7.0cm)

図 15 実験開始から 11 日目、18 日目、25 日目、45 日目に撮影した５群の個体の写真（各写真下は（体重・体長）を示した）
個体Ⅻは４回の脱皮を行い、個体 XIII では 3 回脱皮を行った。また、個体Ⅻの摂取した β カロテン量は 3.15mg、個体 XIII の摂取した β カロテン量は3.27mg となった。
〈考察〉
図 16 は実験開始から 11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に色彩色差計で計測した色の変化を a*-b*を基準に表した。図 16より、赤方向へと変化した個体が 1 匹見られたが、それ以外の個体はすべて青方向へと変化した。このことから、β カロテンを摂取させて個体を青くさせるには 3.15mg、3.27mg に近い量の β カロテンを与える必要があると考えられた。
図 16 ５群の 4 個体の体色の推移を散布図で表した図81

【6 群】個体 XIV(3.79g , 5.4cm)
個体 XV(4.4g , 5.8cm)(4.82g , 5.9cm)(6.43g , 6.3cm)(4.61g , 5.5cm)(4.66g , 5.8cm)(6.25g , 6.2cm)(7.11g . 6.7cm)

図 178/13、8/20、8/27、9/16 に撮影した６群の個体の写真（各写真下は（体重・体長）を示した）

個体 XIV は４回の脱皮を行い、個体 XV では 3回も脱皮した。また、個体 XIV の摂取した β カロテン量は 3.87mg、個体 XV の摂取した β カロテン量は 3.83mg となった。しかし、それ以外の２個体は色の変化がほとんどなかったため、写真は載せていない。
〈考察〉
図 18 は実験開始から 11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に色彩色差計で計測した色の変化を a*-b*で表した。赤方向に著しく変化した個体はおらず、黄色方向へと変化した個体、青方向へと変化した個体が見られた。その原因として、β カロテンの量を正しく与えられていなかったこと、または、6 群で与えた β カロテン量が個体の色を黄色方向かつ赤方向へと変化させる可能性が考えられた。

図 18 ６群の 4 個体の体色の推移を散布図で表した図【7 群】
個体 XVI(4.3g , 5.8cm)
個体 XVII(5.56g , 6.2cm)(5.6g , 6.2cm)(6.7g , 6.5cm)(4.85g , 5.5cm)(4.86g , 5.5cm)(5.03g , 5.8cm)(6.43g , 6.4cm)

図 19 実験開始から 11 日目、18 日目、25 日目、45 日目に撮影した７群の個体の写真（各写真下は（体重・体長）を示した）

82

個体 XVI は５回の脱皮を行い、個体 XVII では４回脱皮を行った。また、個体 XVI の摂取した β カロテン量は 4.1mg、個体 XVII の摂取した β カロテン量は 4.12mg となった。しかし、それ以外の２個体は個体 XVII と同じく色の変化がほとんどなかった
ため、写真は載せていない。
図 20 は実験開始から 11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に色彩色差計で計測した色の変化を a*-b*で表した。この変化から、1 匹は赤方向へと変化したがそれ以外は、脱皮をしているにもかかわらず体色は黒色のままであった。目視からは、爪先が赤みを帯び始めた個体が確認できた。
〈考察〉
結果から、与えたエサに含まれる β カロテン量が、 図 20 ７群の 4 個体の体色の推移を散布図で表した図
脱皮殻に含まれる β カロテン量に近いためにこのような変化が起こったと推察された。また、体色を青色に維持するのに必要な β カロテン量を超えているために体色が赤みを帯び始めたと推測され、個体 XVI と個体 XVII の体の大きさに対する 4.1mg、4.12mg の β カロテン摂取量は青色に維持するためには多すぎる量であろうと推察された。
【8 群】
個体 XVIII

(3.91g , 5.4cm)
個体 XIX(4.03g , 5.6cm)(4.21g , 5.6cm)(4.7g , 5.9cm)(4.38g , 5.8cm)(5.92g , 6.1cm)(6.07g , 6.3cm)(8.05g , 6.8cm)

図 21 実験開始から 11 日目、18 日目、25 日目、45 日目に撮影した８群の個体の写真（各写真下は（体重・体長）を示した）
個体 XVIII は４回の脱皮を行い、個体 XIX では 3回の脱皮を行った。また、個体 XVIII の摂取した βカロテン量は 5.04mg、個体 XIX の摂取した β カロテン量は 5.23mg となった。図 22 は実験開始から11 日目(8/13)、18 日目(8/20)、25 日目(8/27)、45 日目(9/16)に色彩色差計で計測した色の変化を a*-b*で表した。
〈考察〉
赤方向に進むものが 2 匹、変化しないものが２匹いたため、著しく体色が変化した 2 個体を考察した。
赤方向へと変化した個体は、与えたえさに含まれるβ カロテン量が、脱皮をするごとに脱皮殻で失われる β カロテン量を上回ったために赤方向へと変化したものと考えられた。

図 22 ８群の 4 個体の体色の推移を散布図で表した図83

7.

結論
1 群～8 群のそれぞれの個体の体色の変化により、ザリガニの体色が青色になるのに必要な β カロテン量は、5 群のザリガニが摂取した β カロテン量に近い値であるものと推測された。また、5 群の 4 個体が摂取した β カロテン量は、3.15,3.15,3.34,3.27 と 3.15～3.34 の範囲に存在し（表３）、青色の体色を持つ個体と黒色の体色をもつ持つ個体が 2 匹ずつ存在した。（図 23）
与えた β カロテン総量(mg)

食べ残しに含まれる β カロテン量(mg)

β カロテン総摂取量(mg)個体Ⅰ3.60.453.15個体Ⅱ3.60.453.15

個体Ⅲ3.60.263.34

個体Ⅳ

3.60.333.27

表３(6.16g , 6.9cm)

5 群の４個体の詳細(7.63g , 6.7cm)(9.67g , 7.4cm)(9.13g , 7.0cm)

図 23 5 群の実験最終日の４個体の写真
5 群の結果（図 16）から、1 匹を除いた他の 3 匹においては－b*方向へと変化しており、さらに継続して実験と観察を続けると、体色が青色に最も近づいていくものと推察された。ゆえに、体色を青色に維持するためには、5 群の摂取量である 3.15～3.34 の範囲が最も良いものと結論づけられた。
また、本実験の１群より β カロテンが含まれないエサを食べ続けると体色が褐色から変化せず、死ぬ確率が上昇した。さらに、予備実験のように β カロテンが含まれないエサを与えることで体色が白色に変化した。これらのことから、β カロテンは体色変化だけでなく、生きていくために必要な物質であると考えた。
8.

今後の展望と課題
本研究において、まず用いたエサでは、水槽の中にエサを入れた時エサの表面から β カロテンが溶け出してしまったものがいくつか存在したため、β カロテンを確実に摂取させる方法を考える必要があった。また、さらに再現性を高めるため、各群の個体を 4 匹からさらに増やす必要があるものと考えられた。また、アメリカザリガニは 1 匹 500 円、遺伝的に青いザリガニは 1 匹 3000 円ほどで売られている。もし体色の赤いアメリカザリガニで青色の個体を作りそれを維持することができたなら、1 匹当たり 2500 円安く青いザリガニを生産することができるという利点がある。
また、β カロテンは体色変化だけでなく、ザリガニが生きていくために必要な物質であると考えた。
カロテノイドは抗酸化作用をもつことが知られており、β カロテンも同様の作用をもつ。ザリガニの体内での β カロテンの作用を調べたい。

9.

参考文献
➢ ザリガニの食と変色
http://school.gifu-net.ed.jp/ena-hs/ssh/H22ssh/sc2/21046.pdf➢ β カロテンの計測方法
http://www.ari.pref.niigata.jp/chikusan/Environment/kani/caroten.pdf#search=%27%CE%B2%E
3%82%AB%E3%83%AD%E3%83%86%E3%83%B3+%E8%A8%88%E6%B8%AC%27➢ 水生動物におけるカロテノタンパク質に関する研究
Ⅰ.ザリガニの外骨格におけるカロテノプロテイン分布（1971）
http://ir.lib.hiroshimau.ac.jp/files/public/4/41160/20160913092228905393/JFacFishAnim_10_61.pdf

84

Ⅱ.ザリガニから得られたカロテノプロテインの赤変（1972）https://ir.lib.hiroshimau.ac.jp/files/public/4/41182/20160914104745119162/JFacFishAnim_11_129.pdf
Ⅲ.ザリガニの外骨格における青色と紫色のカロテノプロテインの関係（1973）
http://ir.lib.hiroshimau.ac.jp/files/public/4/41189/20160914131649797132/JFacFishAnim_12_21.pdf
IV.ザリガニのカロテノイド色素（1974）
http://ir.lib.hiroshimau.ac.jp/files/public/4/41206/20160916093555944916/JFacFishAnim_13_1.pdf
広島大学
中川 平介、鹿山
色彩色素計によって表現される色について
https://www.konicaminolta.jp/instruments/knowledge/color/part1/07.html

光、淺川 末三10. 謝辞本研究は広島大学との連携による GSC（Global Science Campus）の上に成り立った研究であり、広島大学生物生産学部の西堀正英先生、杉野利久先生、小山寛喜先生には研究に当たって多くの助言をいただきました。
また、色彩色差計を快くお貸しくださった都築政起先生にも感謝申し上げます。高松第一高等学校の蓮井先生、伊賀先生、佐藤先生、空先生、三好先生、にもお世話になりました。厚く御礼申し上げます。

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