中部青年技術士会 環境 WG

木曽川でカワヒバリガイについて考えました。
平成２２年５月１６日（日）晴れ気温 26℃ 大潮

本 堀 雷 太昨年の９月例会で「木曽三川の生物資源」ついてお話させて頂いた際に、木曽三川に侵入・定着してしまったカワヒバリガイについても採り上げました。
カワヒバリガイは中国中南部原産の淡水性の二枚貝で、殻底から足糸という繊維状の分泌物を出して石や木片などの固い基質に固着する習性があります。そのため水道施設や発電施設などの水利用施設で大量に繁殖して通水障害を起こしたり、大量斃死して水質を汚染するなど悪影響を及ぼしています。また吸虫類の第一中間宿主であるため、第二中間宿主である淡水魚類（特にコイ科魚類）に疾病をもたらすことがあり、水産業の面からも大きな問題点を孕んでいます。
木曽三川へは、中国産シジミに混じって侵入したと考えられています。現在、木曽三川の淡水域に定着している事が確認されていますが、私自身は実際に見たことがありませんでしたので、探しに行ってみました。場所は毎度おなじみの愛
知県愛西市の立田大橋下流、時合は大潮の干潮時です（左写真）。
技術士（衛生工学部門）

足糸
石積みの間で身を寄せ合っている個体群を発見しました。
大潮の干潮時の川底で見つけましたので、普段は水深 1.5m 位の場所だと思います。

お互いの殻を足糸（後述）で結合し、岩にしっかり固着することで、激しい川の流れに耐えています。立田周辺は潮の干満の影響も大きく、川の流れも激しいです。

大潮の干潮時には水が完全に引いてしまい、乾燥してしまいます。
彼らは殻をしっかり閉じて、水分の蒸発を防ぎ、再び潮が満ちてくるのをじっと待っています。

カワニナ

石積みを裏返してみますと、カワヒバリガイだけでなく、カワニナやタニシもいました。中には足糸でカワヒバリガイに固定され動けなくなったカワニナもいました（赤矢印で指した個体）。
外来の貝が、私達の目の届かない所で確実に分布を広げているんですね。

1

捕えたカワヒバリガイを良く見ると、カワヒバリガイの特徴である「前方腹側の半分は黄土色を呈する」が見られませんでした。また捕獲場所が海水の入り込む汽水域であることから、近縁種のコウロエンカワヒバリガイではないかと思います（注：カワヒバリガイは純淡水性です）。なおコウロエンカワヒバリガイはオーストラリアやニュージーランドが原産地です（バラスト水に混じって侵入した？）。

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考察：足糸について化学の立場立場から考えてみますと・・・。

足糸コウロエンカワヒバリガイの足糸（愛知県愛西市で撮影）

足糸
足糸とは、イガイ類が激しい潮流や河川の流れでれで流されないように岩場などに体体を固定するために分泌する繊維状の物質ですです。先にも述べました様に、カワヒバリガイやコウロエンカワヒバリガイ
ワヒバリガイやコウロエンカワヒバリガイ（左写真左写真）は水道施設や発電施設などのどの水利用施設で大量に繁殖して、足糸で施設にに強固に付着するため、通水障害をを起こし大きな問題となっています。駆除は人力人力によるため人件費も大きなコストコスト圧となっています。
こんなこんな厄介者のイガイ類の足糸ですが、高分子化学高分子化学の立場から見ると非常に面白面白い性質を持っています。それは、①水流に耐耐える強度（弾性）や生分解に対するする耐性がある、②平坦でない岩場に、しかもも水中で接着していることの２点ですです。特にイガイ類の接着は岩ばかりか、コンクリートコンクリート、金属、プラスチックといったあらゆるクといったあらゆる材料で可能であり、まさに優秀優秀な繊維であるのと同時に万能接着剤能接着剤であるといえます。
事実
事実、古代ローマでは、イガイの仲間であるシシリア
シシリアタイラギの足糸を優美で軽軽い織物に織り上げ、「布地の霞」いう名で高額高額な取引がなされていました。
イガイ
イガイ類の足糸の構造を図１に示します１）。足糸
足糸は殻に近い部分では弾力を持ちち、固着する相手側（岩）に近づくにつれ硬くなりくなり、弾力は無くなっています（（傾斜材料的な性質）。このため貝本体に近い部分部分では衝撃吸収の働きを持ち、水流水流の貝本体への影響を低下させています。固着する相手側の先端には固着「面盤」がありがあり、この部分が接着に大きく関与しています
しています。
イガイ
イガイ類の足糸の成分は、基本的にコラーゲンにコラーゲン様の蛋白質であり、ポリフェノールノール性物質を含んでいることが報告されていますされています。
O
Okawa らが行ったにカワヒバリガイの足糸先端部足糸先端部（面盤）の蛋白質の分析
結果
結果では、Lys、Tyr、Thr、Dopa、Hyp、ProPro に富み、コンセンサス配置は、
Lys
Lys-(Hyp/Pro)-Thr-(Gln/Tyr)-Dopa-(Ser/Thr)(Ser/Thr)-(Asp/Thr)-Glu-Tyr-Lysであることがであることが明らかとなりました。最も出現頻度出現頻度の高い配列は、デカペプチド
Lys
Lys-Hyp-Thr-Gln-Dopa-Ser-Asp-Glu-Tyr-Lys
Lys であり、この配列が接着の２）鍵となっていますとなっています 。
ON
H

CH C

O

O
N

CH2 H2C

CH C
CH2CH2CH

CH2OH

N
H

CH C
CH OH
CH3ON
H

CH C
CH2CH2OO
N
H

CH C
CH2OH

N
H

CH C
CH2C

OOH

O

NH2NH2Lys

CH C

CH2C

CH2O
N
H

O
N
H

CH C
CH2ThrGln

CH2C

Ser

AspO
N
H

CH C

O

CH2CH2O

CH2OH

OH

Dopa

CH C

CH2OH

4-HypON
H

Glu

CH2OH

NH2TyrLys

図２．カワヒバリガイの面盤蛋白質のアミノのアミノ酸コンセンサス配置２）

図１．イガイの足糸の構造

特特に、接着に大きく関与するのは Dopa です。
。Dopa はチロシン残基がチロシナーゼというシナーゼという酵素の働きで酸化されることで生成生成し、これが足糸中のポリフェノールェノール成分となります。Dopa は、①接着のの際に基盤と相互作用する、②Dopa を介した蛋白質分子間の架橋構造を形成するする、の２つの役割があると考えられていえられています。架橋反応は Dopa の二量化がが主であり、部分的にアミノ基（LysLys 由来）のキノン環（Dopa の酵素酸化によりにより生成）への付加反応によるシッフシッフ塩基生成が起きていると考えられています
えられています３）。興味深い事に水流が強くなるほどなるほど、この架橋頻度は高くなり、足糸をよりをより高強度化してゆきます４）。
いずれにせよ
いずれにせよ生物は我々の想像し得ないようなないような非常に巧妙な仕組みを持っておりおり、大いに学ぶべき点があると思います。またまた専門の分野により多様な見方ができますのでができますので、皆様の意見も伺いたいです。
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中部青年技術士会 環境 WG

実験：足糸の再生実験―コウロエンカワヒバリガイはどのように固着するか？―
水道や発電関係で皆様に多大な御迷惑をお掛けしているカワヒバリガイですが、実際にどれくらいの時間でどのように固着していくのか大変興味のあるところです。そこで木曽川で採取したコウロエンカワヒバリガイを持ち帰り（本当は外来生物法で禁止されているのですが・・・）、水槽中で観察してみました。

①水槽にコウロエンカワヒバリガイを静置捕獲してから足糸をピンセットで完全に除去したコウロエンカワヒバリガイを、ポリスチレン製の水槽（100 円ショップで購入）に静置しました。
汽水域の条件を再現するために食塩を少量加えました。餌には別途培養した藍藻や珪藻を含んだ水を加えました。
水槽を傾けているのは、傾斜を加えることで、足糸の強度を増すためです。直射日光を避け、風通しの良い屋外に設置しました（はっきり言えば我が家のベランダです）。

②静置してから 15 分後水槽に安置して 15 分程すると、殻を開き、水を通水し、採餌を開始しました。微生物や懸濁物の存在で少し濁っていた水がみるみる透明になってきました。貝類の浄化能力はスゴイですね！
また殻の先端辺りに足糸らきしもののクズが見られますが、これが足糸であるかどうかはわかりません。

③静置してから 6 時間後
仕事から帰ってきますと、足糸作成の真っ最中でした。まず殻の中ほどから足糸を分泌し、体を固定し（左写真の赤色丸枠内）、その後に殻の前方から足糸を放射状に分泌して体を固定するようです（左写真の黄色丸枠内）。
また不要になった糸は廃棄され、付近を漂っていました。
私の不在中にも観察していた家内の話では、静置後１時間 30 程で殻の中ほどから足糸の分泌が始まったそうです。
※水槽の底面から撮影

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中部青年技術士会 環境 WG④静置してから 9 時間後静置してから９時間後に水槽をゆすっても全く貝が動かなくなりましたので、水を捨てて水槽を立ててみました。
貝か見事に水槽の壁に固着され全く落ちる気配はありませんでした。この状態で 1 時間放置しましたが、全く変化はありませんでした。見事です。
もし、我々が水中で接着剤を用いて同じような事をしようとしても、現在の接着剤関係の技術では到底不可能であります。将来、カワヒバリガイに学んだ接着剤が実用化される（？）かもしれませんね。
※水槽を垂直に立てた状態で撮影⑤静置してから 24 時間後
さらに水中で静置しますと興味深い現象が見られました。初めに造られた足糸の位置（左写真の黄色丸枠内）が殻の先端部に異動したかの様に見られます。しかし足糸は固定されていますので、実際には貝が足糸と踏み台にして移動したことになります。また赤色矢印で示しましたように、新たな足糸が放射状に張り巡らされています（透明で見えにくいですが）。
つまりコウロエンカワヒバリガイは足糸で固着を繰り返しながら、より生息条件の良い、つまり居心地の良い場所へ移動することが明らかとなった訳です。
１時間後には、古くなった足糸は放置され、貝本体は１㎝程離れた場所に移動していました。

※水槽の底面から撮影

コウロエンカワヒバリガイはカワヒバリガイと異なり、汽水や海域で生息しています。現段階でコウロエン
カワヒバリガイの足糸の蛋白質分析は行われていません。したがって、先述のカワヒバリガイの足糸蛋白質のアミノ酸配列と部分的に異なる可能性は十分にあります。但し、イガイ類の固着に共通する原理は Dopa の存在であることは明らかです。この事実を基に新規の水中接着剤や機能性繊維の分子設計が期待され、現在も多くの研究者・技術者がチャレンジしています。このように生物の機能を模倣する考え方を Biomimetics（生物模倣）といい、ものづくりの大きなヒントとなるものです。今度名古屋で開催される COP10 にも関係するテーマで、遺伝資源とは異なる生物資源の利用法であると言えます。
環境を観察することは、様々な視点により得られる情報が異なり、応用の仕方も異なると思います。故に多様な視点で環境について考えるため、是非皆様のお考えやご意見も聞かせて下さい。

参考文献
１）宮入裕夫, 生体材料の構造と機能 生物から学ぶ材料の知能化と開発,pp.102～107, 養賢堂（2001）
２）Okawa et. al, Biofouling, 14, pp.181-188(1999)
３）Burzio et. al, Biochemistry, 39, pp.11147-11153(2000)
４）McDowell et. al, J. Biol. Chem., 274, pp.20293-20295(1999)
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