高校の同級生で工学系の中谷元彦君と会うたびに擬態の話が出ます。今の生物学で昆虫の擬態は説明できるのか？何か超常的機構があるのではないか？
確かに木の葉蝶（蛾）類の翅を見ていると、体内に隠し持ったデジカメを使って周囲の枯葉を撮り、加工してから3Dプリンターで印刷したのではないかと思うほど見事です。色、外形、葉柄、葉脈は言うに及ばず、虫食いの綻びまで真似ているのは最早神秘的でさえあります（木の葉蛾の写真参照）。
2015年秋に、大阪北のフランス料理店ミチノ・ル・トゥールビヨンで『擬態ワイン会』なるものを催しました。私が選んだメンバーは、仲野徹（阪大・医）・松山俊文（長崎大・医）・内村有邦（阪大・生命研）・近藤滋（阪大・生命研）の諸先生方に、最相葉月（ノンフィクションライター）と久坂部洋（医師・小説家）の文筆家の両先生、それにオーナーシェフの道野正さんを加えて計8名でした。会のちょっと怪しい名称に相応しい、魅力あるメンバーです。私が準備したキーワードは“相対成長”と“不均衡変異”の2つでした。会の主たる目的はワインを飲むことでしたので、擬態は酒宴の話題にはなりましたが、さしたる結論は出ませんでした。
その後、擬態のことが頭から離れなくなり、ワイン会としてのまとめが出来なかったことに若干の責任を感じていました。そこで今回は、擬態の中でも傑作中の傑作である木の葉蛾の話題に挑戦してみようと思い立ちました。サイエンティフィック・フィクションと考えて気楽にお読みください。今回のキーワードはワイン会から1つ増えた、1）紙の力学、2）相対成長、3）不均衡変異の3つです。
紙の力学
クヌギなどの闊葉樹の葉と木の葉蛾の翅の共通点は、どちらも膜状あるいは紙状の物体から出来ていることです。葉が扁平なのは光合成の効率を上げるためです。葉は風圧をもろに受けるので、葉柄でしっかりと枝に固定する必要があり、また、風で千切れないように葉全体に網目状の硬質の葉脈が張り巡らされています。葉脈は水や栄養物を葉全体に効率よく運ぶために必須の構造物でもあります。相対的に考えますと、風があるときの葉は空気の中を風速と同じ速さで風上に向かって飛んでいることになります。秒速30メートルの強風下では、隼が飛んでいるのと同じぐらいの空気抵抗を受けている計算になります。
一方、昆虫は翅を上下に激しく動かして飛ぶので、翅にかかる空気抵抗は相当なものでしょう。柔らかい膜のような翅を動かすには、支柱となる硬いキチン質の翅脈と酸素や栄養分を翅全体に生き渡らせる細い支脈が必要になります。硬質の支脈は翅が皺くちゃになるのを防ぎます（団扇や扇子を考えてください）。
葉も翅も、空気抵抗に耐えるためには、正方形よりも丸みをおびた菱形の方がより好都合でしょう。このように、空気の流体力学的な選択圧を受ける推進器官は、動植物を問わず同じような選択圧を受け、似たような形になります。つまり木の葉蛾の翅と、相対的に空中を飛翔している闊葉樹の葉は、見かけ上同じような形に進化するように運命付けられていると考えられます。
さらに分かり易い例を示しましょう。海獣の胸鰭、ペンギンの羽、鮪や鮫の胸鰭、海亀の前脚の外形は著しく似ていて、櫂のような形をしています。海水は空気よりも1000倍も重いので、選択圧の効果は非常に顕著にあらわれます。結果として、哺乳動物・鳥類・魚類・爬虫類の壁を越えて、推進器官は同じような形に収斂するのです。
相対成長
コラムの冒頭の写真にあるビーグルII号の船上で、大野乾先生（進化の遺伝子重複説が有名）と昆虫の擬態の要因について議論をしたことがあります。先生の答えは“相対成長; Relative growth”でした。この概念は、20世紀初頭にダーシー・トンプソンによって提唱されたもので、動物種間の形態の差は各パーツの相対的な成長速度の差によって起こるというものです。一旦形の基本が決まれば、パーツの相対的な成長の差によって、突出した形態をもつ新種が生まれると説明しています。
木の葉も虫の翅も発生途中の萌芽的な細胞の塊が出発点で、細胞増殖を伴いながら次第に葉や翅になっていきます。そしてその途中、突然変異による翅のパーツの相対成長のわずかな違いが翅の形を劇的に変えます。この形態変化は前出の空気の流体力学的選択圧の支配下にあります。したがって、翅の形が葉にだんだん似てくることは何も不可思議な事ではありません。鳥などの捕食者の目を胡麻化して、近くの葉により似た形態のものが選別されて行く、所謂、ダーウィン進化（適者生存）が働くのはこのステップでしょう。
不均衡変異
翅の形が葉に似てくるのはダーウィン進化で何とか説明できるとはいえ、このステップは想像以上のスピードで進行したと思われます。そうでないと捕食者から簡単には逃れられず、直ぐに死滅してしまうに違いありません。我々が提唱した不均衡変異は高速進化について説明しています。不均衡変異は細胞分裂当たりの変異の許容量を大きく上げますが、一方で過剰変異から身を護ります（古澤満著『不均衡進化論』筑摩選書、2010年、参照）。
想像してみましょう。仮に、変異が不連続鎖に多数入る変異個体がいたとします（不均衡ミューテーター；おそらくpolδの変異株で、変異率が二桁上がることが分かっています）。この変異体の翅の形は約100倍のスピードで変化する可能性があります。勿論、虫の体自体がダメージを受けるような失敗作も多いでしょうが、中にはより葉に似たものが現れる可能性もあります。さて、このままだと更に変異が加わって、折角の芸術作品が元も子もなくなってしまいます。
最高傑作の翅をもったミューテーターが野生型の虫と交配すると、交叉により変異polδ遺伝子が正常のpolδに置き換わり、変異率は正常に戻って翅の芸術的形態は安定に固定されることになります。このように、交配によってミューテーター遺伝子は集団内を渡り歩くことができます。つまり、この変異遺伝子を持っている期間に限ってその個体の進化が加速されます。
昆虫の擬態は神の悪戯ではなく、科学的に説明できる現象だと思います。最初にお断りしましたように、これは科学論文ではありません。一種の科学的遊戯です。木の葉の擬態は古典的なダーウィン進化だけでは説明できない現象であることだけは確かでしょう。何か昆虫側に未知の仕掛けがあるに違いありません。写真にあるような見事な擬態を説明するにはまだまだ不十分です。例えば、虫食いの跡をどう説明するかなどです。新しいアイデアを思いつき次第、このコラムは順次改定して行くつもりです。
2019年3月9日
古澤 満