〈第 57 回鈴木賞準賞〉

２ コオロギの嗅覚記憶

１ 研究の動機
私たちは、普段目にする昆虫が、どの感覚器で水や食糧を探っているのだろうと疑問に思い、昆虫の感覚器で目以外にものを探す部位として考えられる触角に注目した。その役割について調べていくうちに水波教授（北海道大学）の研究論文（水波 他 1999）に出会い、昆虫には嗅覚による学）に出会い、昆虫には嗅覚による学習を記憶する能力があることを知った。私たちは下等な微小脳であると思っていた昆虫の脳に驚くべき能力があったことを知り、自分たちで調べたいと考え、研究を始めた。
２ 実験の目的昆虫（コオロギ）に嗅覚学習能力があることを確かめ、記憶の保持期間を明らかにする。
３ 材料と方法(1) 実験材料
フタホシコオロギ ペパーミントオイル バニラエッセンス 脱脂綿 スポイト ビーカー
実験用アリーナ(2) 実験条件
ア 実験用アリーナ
外側に遮光シートを張ってアリーナの両端に、それぞれペパーミントオイル、バニラエッセンスを脱脂綿に含ませたにおい源を置いた。におい源はアリーナの下部におき、コオロギがにおいを区別できるようにした（図１）。
図１ 実験用アリーナ
イ 実験条件
室温２０℃で飼育し、実験は暗期℃で飼育し、実験は暗期(Ｌ:Ｄ＝１２:１２)に行った。
４ 実験(1) 実験１ バニラとペパーミントの嗜好性
はじめにバニラとペパーミントに対するコオロギの嗜好性を確かめた。これは、以降の実験結果と比較し、学習の成立を判断するためである。
実験方法
図１の装置を用い、バニラとペパーミントのにおい源の間に一匹ずつ、計９匹のコオロギを、５分間自由に探索をさせ、それぞれのにおい源を探索した時間（触角で探索する様子がみられた時間）記録し、全探索時間に対する割合を調べた。
２種類の匂いは、水波らのゴキブリを使った嗅覚記憶に関する実験（水波他 1999）を参考にした。
1999
実験１ 結果グラフ１はコオロギ９匹における実験３回の平均値を表している。コオロギはバニラのにおい源を有意に高い割合で選択している。このことからコオロギはペパーミントと比べ、バニラのにおいを好むことがわかる。
グラフ１- 47 -(2) 実験２ 学習記憶の確認
次に学習の成立を確かめる実験を行った。
次に学習の成立を確かめる実験を行った。図２の様にペパーミントの匂いをつけた脱脂綿をビーカーに入れ、その中に４日間絶水させたコオロギを一匹ずつ放す。そして、ペパーミントのにおいを充満させずつ放す。そして、ペパーミントのにおいを充満させた状態でスポイトで水を与えることで、ペパーミントのにおいと水、を条件づMけ、空腹状態にあるコオロギに、好まないペパーミントのにおいのもとコオロギに、好まないペパーミントのにおいのもとで水が得られることを学習させる。その後、実験１と同じ装置を用い、５分間自由ににおい源を探索させ、それぞれのにおいの探索時間を調べ、コオロギがにおいを記憶できたたのか調べた。
図２
実験２ 結果全ての探索時間中のそれぞれのにおいの探索時間の割合はグラフ２のようになり、嗜好性実験の結果（グラフ１）と比べると明らかにペパーミントを探索する割合が高くなっている。本来は自由に探索させればバニラの方をより多く選択するはずなので、連合自由に探索させればバニラの方をより多く選択するはずなので、連合学習が成立している、といが成立している、といえる。
学習後

学習前（グラフ１）

グラフ２

グラフ２

グラフ２
(3) 実験３ 記憶の保持期間
次に、コオロギがにおいについての学習記憶を保持していられる長さを調べた。コオロギ１０
匹（♂：♀＝６：４）を実験２同様 日間絶食させた後、水とともにペパーミントのにおい源を匹（♂：♀＝６：４）を実験２同様４日間絶食させた後、水とともにペパーミントのにおい源を２時間飼育箱にいれ、その後、におい源、水ともに取りのぞき、２４時間後に再び戻すことを３回繰り返した。これを３回の学習とし、５日間連続で実験２と同様に記憶の確認を行った。
予想：はじめはペパーミントを好んで選択するが、日が経つごとにペパーミントを選択する割合は減っていき、記憶は 5 日間保持されない。
なお、コオロギの体力を考え、実験期間はなお、コオロギの体力を考え、実験期間は５日間とした。
実験３ 結果(日)

ミント（秒） バニラ（秒）

1４３０

1６０
６０2２８０１００

3２９０

1７０
７０4６８０９０

5５００

２３２３０

合計

２１８０

７５０５０

表１

グラフ３- 48 -（秒）表１は実験日ごとの各探索時間を、グラフ３は探索時間全体におけるペパーミントの割合を、グラフ４はその推移を表している。５日間いずれもペパーミントの探索時間の割合が高くなっており、時間経過後もにおいによる学習記憶は失われずに残っていることが分かった。
グラフ４
また、この実験により、最低５日間の記憶保持が可能であることがわかった。
２つの実験から、・コオロギはにおいによる学習の記憶が可能である。
・その記憶は５日間以上保持される。ことがわかった。
日間以上保持される。ことがわかった。
実験２、３ではペパーミント＝水という条件を学習させ、数日後、２つのにおい源（ペパーミント、バニラ）を置き、それぞれの探索時間を計った。
(4) 実験４ 学習条件による違い（バニラ＋水無し、ペパーミント＋水の探索時間）
学習条件による違い（バニラ＋水無し、ペパーミント＋水の探索時間）
次に、実験装置に水を含ませたペパーミントのにおい源と、さらに水のないバニラのにおい源を置き、９匹のコオロギ（♂：♀＝６：３）に自由に選択させ学習させた。
予想：ペパーミントのにおいのする場所に水があり、バニラには水がないという二つの条件を学習することにより、実験１～３よりペパーミントの探索時間割合が増えるのではないだろうか。
実験４ 結果
表２は実験日別の各探索時間を、グラフ６はその推移を、グラフ５は５日間の各探索時間合計
表２は実験日別の各探索時間を、グラフ６はその推移を、グラフ５は５日間の各探索時間合計の割合をグラフにしたものである。
（日）

ミント（秒） バニラ(秒)
バニラ

1

1４０

２４０2６.５

７０3４０１１０4４２３１０5１５３９０

合計２４０１１３０

表２

グラフ５

探索時間は１日目から明らかにバニラの方が長く、その差は時間の経過に従って開いている（グラフ５）。
グラフ７は実験開始から３日間の合計探索時間の割合を、グラフ８は５日後（最終日）の割合を表している。グラフ７より実験開始後３日間ですでにグラフ１と近い割合になっていることか
ら、記憶は成立していないことがわかる。これは、コオロギは単純な記憶の方がしやすいため、連合させることができなかったためと考えられる。
- 49 -

（秒）しかし、グラフ６の３日目以降、各探索時間の差が開いていることから、私たちが予想しなかった新たな記憶が成立したようにみえる。これはグラフ８でペパーミントの割合が、グラフ１よりはるかに下回っていること
グラフ６からもわかる。
コオロギが条件づけされない状態で長時間空腹状態におかれ、嗜好性についての実験を繰り返されたため、生き残る可能性の低い方へ反応しなくなったためかもしれない。

グラフ７

グラフ８

グラフ９は実験３と４の各実験日における合計探索時間に対するペパーミントの探索時間の割合を示している。
実験４でペパーミントに水のあること（【 ＝水】とする）を学習しなかったことは、グラフ９か【Ｍ＝水】
らもわかる。
（％）

グラフ９- 50 -

５ 考察
今回の実験で、コオロギに嗅覚記憶能力があることが確認できた（実験２）。また、３回の記憶をした水に関する情報は、５日間保持することができた（実験３）。実験４より、記憶は約３日後にはほぼ失われたことから、複数の情報を長い期間保持することはできないことがわかる。
コオロギにとって、報酬がないことを覚えたり、複数の条件がからむ複雑な情報を記憶することは困難なのかもしれない。報酬のある場合と無報酬の場合とをしっかりと区別して比較する必要がある。水がないという条件は学習できないのか、二種類以上の条件を同時に学習できるのか、別々に調べることが必要だろう。
コオロギにとって、生き残るためには、水があることを覚える（匂いＸ＝水）のが重要であって水がないこと（匂いＹ＝無）はあまり重要ではないのかもしれない。
コオロギなどの昆虫がどこまで私たち人間と同じようなしくみをもっているのかはわからない。
しかし、基本的な部分では共通する点の多くみられることが知られている。
今回の実験ではコオロギの成虫の寿命が短いこともあり、記憶の保持期間を５日目までしか調べていない。幼虫時に学習したことが成虫まで記憶されるのか。雌雄による違いはあるのか。など、さらに、興味が深まった。

謝辞
コオロギやゴキブリの触角の感覚毛の電子顕微鏡観察について、丁寧にご指導いただいた静岡県総合教育センター（現静岡東高校）の井上靖様に心よりお礼申し上げます。
参考文献「昆虫の嗅覚学習」水波誠 松本幸久 佐倉緑 岡田龍一
電子科学研究 vol.7,1999
https://www.sci.hokudai.ac.jp/~mizunami/MICROB~2/RES-3.htm- 51 -