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方法論記事

成虫の伝統的な形態計測

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DOI:

10.3791/69556

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2026年4月24日

 ,  , 
1Entomology and Nematology Department, Institute of Food and Agricultural Sciences, University of Florida, Gainesville

この記事について

サマリー

このプロトコルは、画像解析ソフトウェアを用いて主要な形態的特徴を解剖・測定し、蚊の適応度を評価する方法を詳述しています。

要約

蚊は人間や動物の健康に影響を与える病原体の主要な媒介者です。蚊の形態的形質を測定することで、研究者は処理(例:殺虫剤散布、遺伝子転換)や生態学的要因(例:栄養ストレス、生息環境の変化)が適応度に与える影響を評価できます。蚊種の適応度は媒介能力と関連しており、それが媒介媒介病原体伝播のリスクに直接影響します。ここでは、画像解析ソフトウェアを用いて、蚊の監視中に収集した蚊の主要な形態的形質を適応度の代理指標として測定します。

概要

適応度は、個体がその環境内で生存し繁殖する能力を表します。理想的な条件下では、適応度研究は環境曝露が総生殖能力に及ぼす評価を含みます。しかし、調査対象集団の個体の年齢を確実に制御できないため、生態学的研究における繁殖能力の測定はしばしば困難、あるいは不可能です。そのため、生態学者は形態学的、生理的、フェノロジー的特徴などの機能的形質を測定し、これらは個人の適応度に影響を与えたり代表したりすることが示されています1,2。このような評価は、適応度指標が蚊の個体動態や病気伝播の可能性に情報を与える場合に特に価値があります。

幼虫は水生性で、属や種によって生息地の好みが異なります。例えば、世界中のデング熱の主な媒介者であるイーデス・エジプティは、植木鉢、缶、ボトルキャップ、タイヤ、雨樋など多様な人工容器で発生することが知られています。一方で、Aedes triseriatusのような種は、樹の穴7などの自然の生息地で産卵することを好みます。 この発生生息地の変動により、幼虫は温度、捕食、資源をめぐる種内競争など様々なストレス要因にさらされ、成虫の適応度に影響を与えることがあります。例えば、環境温度は幼虫の発生速度に正の相関がありますが、幼虫発生中の温度変動は成虫の寿命や繁殖力に悪影響を及ぼすことがあります。同様に、食物の入手可能性が低く、幼虫の競争が激しい場合、発育中の資源不足は、より小型で寿命が短い成虫を生み出すことがあります(12,13,14)。

蚊の繁殖能力に影響を与える多くの要因は、病原体を伝播する能力にも影響します15。蚊媒介病原体感染は適応度コストを課します。なぜなら、蚊の媒介者は感染に抵抗するために資源を割り当てなければならず、その資源は他の機能を果たすためにもはや利用できなくなるからです(16,17,18,19)。より大きく体力のある個体は、摂食時により多くの蜜と血液を摂取し、資源をより効果的に隔離することが示されており、その結果、寿命と繁殖力が向上します20。さらに、これらの個体は病原体に対してより耐性を持つ傾向があります(21)。これは食物ストレスや幼虫競争研究で複数の種で確認できます。エデス・エジプティは大量かつ質の高い幼虫食を提供し、ジカウイルスやシンドビスウイルスの伝播率や感染率が低いことが示されました22,23。同様に、栄養不足の食事で育てられたイーデス・トリセリアトゥスは、十分に栄養を得た個体よりもラクロスウイルスに感受性が高く、同様のパターンがアノフェレス・ガンビアエ-悪性原生原虫感染モデル25でも報告されています。また、エジプトイカシカシ(Aedes albopictus)における種間・同種間・同種間幼虫競争の増加もデングウイルスへの感受性向上と関連しています26。最後に、熱ストレスはCulex pipiens属17種群のウエストナイルウイルスの伝播を増加させ、Anopheles stephensi27ではマラリア感染を増加させることが示されています。

環境要因が蚊の適応度や媒介能力に与える影響を考慮すると、研究者は生態学的研究で監視された個体群の適応度を考慮する必要があります。蚊の適応度を示すいくつかの形質が特定されており、比較生態学的研究に利用される可能性があります。多くの研究で、翼の長さが体重と繁殖能力の両方を予測することが示されています 14,28,29,30,31。脚の長さ、口吻の長さ、体長などの他の形質もフィットネスと相関することが示されています(32,33,34,35)。歴史的には、これらの手法はアナロググリッドスライドや測定レンズの使用を含んでいました。しかし、高細部の画像キャプチャおよび解析ソフトウェアにより、より高精度かつ再現性の高い形質の高解像度測定が可能になります。ここでは、生態学的研究の一環として採集された野生蚊の研究に用いられた主要な形態的特徴を画像解析ソフトウェアを用いて解剖・測定する方法を示します。

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プロトコル

注:昆虫は法的または機関的審査委員会の審査対象外です。したがって、この種の研究には承認は必要ありません。

1. 蚊の解剖と画像診断

  1. 野生で採取した個々の雌蚊を90mmのペトリ皿に移し、デジタルカメラを備えた解剖顕微鏡下に置きます。
    注:このプロトコルは、実験室で飼育された蚊と野生で採取された蚊の両方に使用できます。既知の蚊採取方法は、この解剖法で使用可能です。
  2. 種や個々の昆虫に応じて拡大率を調整し、蚊の全身が見えてカメラの視野の大部分を占めるようにピントを合わせます。
  3. マイクロハサミを使い、以下の組織・付属肢を解剖します(図1):後脚の左脚は脚の脚の脚、左翼は頸部の基部、左触角は前方、口吻は鼻部にあります
  4. 解剖した組織を両面テープで取り付けたスライドに移します。
  5. 付属物を外した後、蚊の体の残りの部分を調整して左側が見えるようにします。必要に応じて、蚊がペトリ皿にぴったりと収まるように追加の四肢を取り除くこともあります。顕微鏡のカメラを使って、蚊の左側の画像を撮影します。
  6. 拡大率やピント合わせを調整せずに、蚊を入れていたペトリ皿を取り出し、解剖された組織(触角、口吻、翼、後脚)を取り付けたスライドに置き換えます。顕微鏡のカメラを使って、解剖された組織の画像を撮影します。
  7. 拡大率やピントを調整しずに、蚊の組織で取り付けられたスライドを取り外し、キャリブレーションスライド(ステージマイクロメーター)に交換します。顕微鏡のカメラを使ってキャリブレーションスライドの画像を撮影します。
    注:撮影画像の分析は解剖とは別のタイミングで行われることがあります。

2. 蚊の形質測定

  1. 蚊の解剖中に収集した画像をカメラの画像解析ソフトで開いてください。顕微鏡カメラに画像解析ソフトが搭載されていない場合は、ImageJのような単独の画像解析ソフトを使用することがあります。
  2. ソフトウェアのピクセル単位の測定ツールセットを使い、撮影したキャリブレーションスライド画像のキャリブレーションスケールの1mm区間を測定します。この画像の倍率とピント合わせのために、ピクセル数/mm(px/mm)を記録します。
  3. 蚊の測定が可能になりました。まず、側面画像で蚊の胸部と腹部の長さ(ピクセル単位)を測定・記録します。胸部長は、胸部前方から盾骨の後方までの距離として測定されます。腹部長とは、盾の前方から腹部の後方までの距離です。多点測定ツールを使うか、曲がりや関節のある形質に対して複数回の別々の測定が必要になる場合があります。
  4. 次に、蚊の付属肢の測定を行います。まず、切断された触角の長さ(触角の末端節とアンテニファーの基部間の距離)、翼の長さ(軸切開部と頂端縁の距離)、後肢(脛骨と大腿骨の長さの合計)、および口吻(クリュペウスの基部と唇の端部の距離)を測定することから始めます。32,36。
  5. 収集した形質のピクセル測定値を、キャリブレーションスライド画像から得られたpx/mmの測定値で割ると、形質の長さ(mm)が得られます。

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結果

当研究室は、生息地断片化が蚊の適性に与える影響や、社会経済的・人口統計的要因が蚊の個体数、多様性、適応度に与える影響を調査する2つの進行中の生態学的研究で、説明した方法論を活用しています。現在、両研究で数百匹の蚊が分析されています。以下は、生息地断片化研究の一つからの代表的なデータであり、測定と分析を含みます。

解剖後、蚊の側面、解剖された特徴、キャリブレーションスライドをAmScope SM-4シリーズ顕微鏡と搭載したAmScope MU1803デジタルカメラで画像化しました(図2)。これらの画像はカメラのイメージングソフトウェアで解析され、ピクセル測定が行われました。胸部の計算結果は714.08ピクセル、腹部1528.63ピクセル、左脛骨と大腿骨1900.49ピクセル、左触角1063.09ピクセル、左翼1749.00ピクセル、口吻964.14ピクセルでした(図3)。これらの測定値は、キャリブレ...

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ディスカッション

ここで述べた方法論は、適応度の代理指標として蚊の形態的形質を評価する手段を提供します。このような評価は、昆虫、鳥類、爬虫類、植物の生態学的研究で一般的に用いられます。主要な形態的形質を測定することで、研究者は野外や、繁殖力などの適応度の直接測定が難しい条件下での比較生態学研究を行うことを可能にします。歴史的に、蚊の形態計測形質の研究はアナログツールに依存してきました。多くの記事では形質測定方法が...

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開示事項

著者には開示義務や利益相反はありません。

謝辞

本研究は、米国農務省国立食品農業研究所の学内研究プログラム(ハッチ・レギュラー#1024853)によって一部支援されました。本出版物の調査結果および結論は米国農務省によって正式に公表されたものではなく、いかなる機関の決定や政策を代表するものと解釈されるべきではありません。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
100mmペトリ皿フィッシャー・サイエンティフィック08-748C
カメラ搭載による解剖顕微鏡AmScopeや類似のものSM-4T-144S
両面テープ3歳NC0879005
細い先端の鉗子アヴェン社18059アメリカ好みによってサイズ4か5
画像解析ソフトウェアAmScopeや類似のものSM-4T-144S多くのMicrospeマウントカメラには画像解析ソフトウェアが付属しています。もし存在しない場合は、ImageJのような無料プログラムを利用できます。
マイクロシザーズウェクスラー・サージカルSL2000.1
顕微鏡スライドフィッシャー・サイエンティフィック12-544-4
顕微鏡ステージキャリブレーションスライドAmScopeや類似のものA36CALM1

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