アメンボ類の水面における運動システムに関する生物力学的研究

水黾水面运动系统的生物力学研究

基本信息

批准号：
04F04448
负责人：
藤崎憲治
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

アメンボは、異翅亜目に属する、池、川、および海の水面にトラップされた動物を捕食あるいは腐食する昆虫である。彼らは表面張力によって水面に浮き、オールとしての肢により形成された水のメニスカス(menisci)を用いて推進する。本プロジェクトにおいて、われわれはGerridaeの選定されたグループの翅多型性、性、および生態の水面運動システムの機能形態学とバイオメカニクスへの影響に対する比較研究を行った。生物力学と生態:われわれは日本の7種のアメンボ(Gerridae)、オオアメンボ、ナミアメンボ、ヤスマツアメンボ、ハネナシアメンボ、ヒメアメンボ、シマアメンボ、トガリアメンボを用いた。運動パフォーマンスを肢のストロークとみなし、背中に力の変換器を付けられた、水面に宙吊りにされた標本で測定した。力を体重で割ることにより、パフォーマンスの比較を行った。体重と力の間には正の相関が、体重と力-体重比の間には負の相関が、種内および種間で見出された。水面運動と飛翔運動との間のトレードオフは力-体重比の異なるパフォーマンスとして実証された。有翅あるいは無翅へのバイアスは種によりけりであり、おそらくは生息場所選択に関連があるだろう。永続的な生息場所を好むアメンボ種(ハネナシアメンボ)は無翅型においてより高いパフォーマンスを示した。しかし、一時的な生息場所を好む種(ナミアメンボ、トガリアメンボ)は両方の型のパフォーマンスは有意に異ならなかった。雄は3種(オオアメンボ、ハネナシアメンボ、トガリアメンボ)を除く研究されたすべての種において雌よりも高いパフォーマンスを持っていた。それらの3種は交尾闘争の少ないタイプIの交尾戦略を持っていた。われわれはタイプIの配偶システムの雄(雌を獲得するためには強く争わなければならない)ではうまく交尾するために雌よりパフォーマンスが優れていなければならない、タイプIIでは必ずしもその必要はない。機能形態学と発育:電子顕微鏡解析を通して、アメンボの体は、1)上側の長い剛毛(30-80μm)および2)下層の糸状の毛(5-9μm)からなる二重のヘア構造により被われていることが分かった。肢には剛毛だけが存在している。われわれは幼虫発育を通してナミアメンボの剛毛と糸状の毛のカバーの機能形態学を研究した。われわれはまた、酸素化した水と脱酸素化した水における幼虫と成虫に関する浸漬実験を行った。幼虫のマイクロトリキア(体の糸状の毛群)は非常に短い(1齢と2齢では0.5-0.6μm、3齢から5齢では0.8-1.7μm、そして成虫では5-9μm)。幼虫の体の剛毛は、成虫とほぼ同じ長さ(25-50μm)である1しかし、成虫よりもはるかに密度が低い(それぞれ1,800-5,750/mm^2および15,000-20,000/mm^2)。肢の剛毛密度は、発育を通じて相対的に一定であった(幼虫:1,5000本/mm^2;成虫20,000-26,000本/mm^2)。われわれは短いマイクロトリキアのカバーは、幼虫では防水機能を、成虫では圧縮された空気泡として機能しているという仮説を立てている。幼虫におけるマイクロトリキアの防水機能は成虫においては剛毛によりなされる。幼虫の肢の剛毛の密度と長さは、成虫の体と肢のものとほとんど同じであり、おそらく防水機能として最適化されている。このように、形態測定パラメータにおける変化は、同じ構造を用いながら、機能の大きな変化をもたらすであろう。

水黾是属于异翅亚目的昆虫，捕食或分解困在池塘、河流和海洋表面的动物。它们由于表面张力而漂浮在水面上，并利用四肢形成的水弯月面作为桨来推动自己。在这个项目中，我们对选定的鳅科类群的翅膀多态性、性别和生态对表面运动系统的功能形态和生物力学的影响进行了比较研究。生物力学和生态学：我们使用了七种日本水黾（水黾科）：巨型水黾、日本水黾、日本水黾、日本水黾、日本水黾、日本水黾、条纹水黾，还有日本水黾。运动性能被视为肢体行程，并在悬挂在水面上方、背部附有力传感器的样本上进行测量。通过用力除以体重来比较表现。在物种内部和物种之间发现体重与力之间呈正相关，而体重与力与体重比之间呈负相关。表面运动和飞行运动之间的权衡被证明为力与体重比的不同性能。对有翅或无翅物种的偏好因物种而异，可能与栖息地选择有关。喜欢永久栖息地的水黾物种（Hanaenasiasia）在无翅形态下表现出更高的性能。然而，对于喜欢临时栖息地的物种（Namia 甜瓜、Togaria mebo）来说，两种类型的表现并没有显着差异。除三个物种（巨型水黾、红水蜻蜓、黑水蜻蜓）外，在所有研究的物种中，雄性的表现均高于雌性。这三个物种具有 I 型交配策略，交配冲突较少。我们发现，I 型交配系统中的雄性（必须激烈竞争以获得雌性）必须优于雌性才能成功交配，而在 II 型交配系统中，情况不一定如此。功能形态和发育：通过电子显微镜分析，水黾的身体被双毛结构覆盖，由 1) 上部长刚毛 (30-80 μm) 和 2) 下部丝状毛 (5-9 μm) 组成。发现腿上只有鬃毛。我们研究了纳米蜻蜓在整个幼虫发育过程中的刚毛和丝状毛皮的功能形态。我们还在含氧和脱氧水中对幼虫和成虫进行了浸泡实验。幼虫的微毛（身体上的丝状毛发）非常短（1龄和2龄为0.5-0.6μm，3-5龄为0.8-1.7μm，成虫为5-9μm）。幼虫身上的刚毛与成虫长度大致相同（25-50 μm）1，但密度远低于成虫（分别为 1,800-5,750 个/mm^2 和 15,000-20,000/mm^2））。肢体刚毛密度在整个发育过程中保持相对恒定（幼虫：1,5000根刚毛/mm^2；成虫20,000-26,000根刚毛/mm^2）。我们假设短毛毛虫的覆盖物在幼虫中起到防水作用，在成虫中起到压缩气泡的作用。幼虫中微毛虫的防水功能是由成虫中的刚毛来完成的。幼虫四肢上的刚毛密度和长度与成虫身体和四肢上的几乎相同，并且可能针对防水进行了优化。因此，在使用相同结构的情况下，形态参数的变化将导致功能的较大变化。