平成15年8月27日
茨城県つくば市観音台2−1−2
独立行政法人 農業生物資源研究所
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科学技術振興事業団
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大気中の二酸化炭素をカイコやクモが糸に取り込むことを世界で初めて実証

−生物学の常識を覆すカイコやクモの特性に関する新たな知見−


【要約】
 独立行政法人農業生物資源研究所(理事長:岩渕雅樹)と科学技術振興事業団(理事長:沖村憲樹)は、戦略的創造研究推進事業の研究テーマ「エネルギーミニマム型高分子形成システム技術の開発」(研究代表者:馬越 淳、独立行政法人農業生物資源研究所)が進めている研究において、カイコやクモが糸を形成する際に大気中の二酸化炭素を糸に取り込むことを、世界で初めて明らかにした。従来から、大気中の二酸化炭素を利用できるのは、植物、光合成細菌と一部の微生物だけと考えられていただけに、動物も同様のことができることを突き止めたことは、生物学、昆虫学の新たな発見である。

【背景】
 大気中の二酸化炭素を利用できるのは、植物と光合成細菌やサンゴなどの一部の微生物だけで、動物は利用できないと考えられてきた。炭素には質量数が12と13の同位体用語説明1)12C と13C)が存在し、通常の大気条件での二酸化炭素には、99対1の比で含まれている。一般的に昆虫などの小動物の炭素同位体の割合は、食べ物と同じ値となる。しかしながら、カイコの繊維形成の研究を進めている中で、カイコの繭糸と食物中の炭素の同位体の割合には、0.2%程度の有意差が存在することが明らかになった。このことから、大気中の二酸化炭素をカイコが繭糸の中に取り込んでいることが推測された。

【研究成果の概要】
1) 大気中の二酸化炭素を糸に取り込んでいることの実証
 13Cは安定性が高く、生物における炭素の取り込み並びに代謝を解析する研究においてマーカーとして広く用いられている。カイコやクモが大気中の二酸化炭素を糸に取り込むことを実証するために、二酸化炭素の濃度をほとんど変えずに、二酸化炭素に含まれる13Cの割合を高めた容器にカイコを入れて繭を作らせ、13Cトレーサー実験用語説明2)を行った(図1)。その結果、大気条件で作らせた繭糸(対照実験)に比べ、トレーサー実験の繭糸における13Cの割合は有意に高くなった(図2)。このことにより、大気中の二酸化炭素をカイコやクモが糸に取り込んでいることが判明した。
2) 糸に取り込んだ二酸化炭素の同定
 どのような形で糸の中に二酸化炭素を取り込んでいるのかを調べるため、繭糸を構成するアミノ酸に分解し、核磁気共鳴測定用語説明3)を行った。この測定法は、得られるピークの高さにより特定の物質が13Cを含むかどうかを明らかにすることができ、その結果、大気中の13Cが、繭糸を構成しているアミノ酸(アラニン、アスパラギン酸、セリン及びグリシン)に取り込まれていることが判明した(図3)。
[参考(図4):二酸化炭素がアミノ酸に取り込まれる代謝回路のモデル図]

【研究の意義と今後の展開】
 昆虫が大気中の二酸化炭素を糸の中に取り込むということは、生物学、昆虫学の常識を覆す発見であり、昆虫や動物の持つ新たな特性に関する研究の先鞭となると考えられる。更に生化学、分子生物学を用いた解析を進めることで、昆虫が大気中の二酸化炭素を固定する未知のメカニズムが明らかになることが期待される。

【実施プロジェクト研究等】
交付金(独立行政法人農業生物資源研究所)
戦略的創造研究推進事業(科学技術振興事業団)

【発表論文】
Biomacromolecules 4,778-782,2003(アメリカ化学会発行の生体高分子関係国際誌)


独立行政法人 農業生物資源研究所
  研究代表者:独立行政法人農業生物資源研究所 理事長岩渕雅樹
研究推進責任者: 独立行政法人農業生物資源研究所生体高分子研究グループ長小林幹彦
研究担当者: 独立行政法人農業生物資源研究所生体高分子グループ馬越 淳
電話:029-838-7463
科学技術振興事業団 研究員田中稔久
独立行政法人農業生物資源研究所 生理機能研究グループ 物質代謝研究チーム 石丸 健
広報担当者:農業生物資源研究所 企画調整部 情報広報課 下川幸一
電話:029-838-7004
科学技術振興事業団
  戦略的創造研究推進事業
研究領域:資源循環・エネルギーミニマム型システム技術
研究総括:平田 賢 芝浦工業大学 客員教授
研究期間:平成10年度〜平成15年度
研究代表者:
独立行政法人農業生物資源研究所 生体高分子グループ馬越 淳
電話:029-838-7463
事業の問い合わせ先: 科学技術振興事業団
 研究推進部 研究第一課
森本茂雄
電話:048-226-5635


用語説明
図1 炭素の同位体(13C)を用いたカイコが大気中の二酸化炭素を糸に取り込むことの実証実験
図2 繭糸中の13C同位体存在比による取り込み量の測定
図3 核磁気共鳴測定による繭糸に取り込まれた二酸化炭素の同定
図4 大気中の二酸化炭素をカイコが繭糸を構成するアミノ酸の中へ取り込む代謝回路のモデル図


This page updated on August 27, 2003

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