家庭菜園や農家にとって、草食昆虫は彼らの努力や作物の収穫を妨げる大きな脅威となっている。これらの昆虫を捕食する捕食昆虫は、害虫が感知できる匂いを発し、害虫は食べられないように行動を変え、さらには生理的にも変化する。従来の農薬に対する昆虫の耐性が高まる中、このたびペンシルバニア州立大学の研究者らは、捕食者が発する「恐怖の匂い」をボトルに詰めて、刺激の強い物質を使わずに自然に破壊的な昆虫を撃退・撹乱する方法を開発したと報告した。 2021年8月25日、アメリカ化学会の秋季大会（ACS Fall 2021）でその研究成果が発表された。ACS Fall 2021は、2021年8月22日～26日にバーチャルと対面（アトランタ）で開催されたハイブリッド会議で、オンデマンドコンテンツは2021年8月30日～9月30日の間、視聴できる。この会議では、幅広い科学トピックに関する7,000件以上のプレゼンテーションが行われた。
危険な状況を回避するために、感覚を働かせることは珍しいことではない。人間は火事を視覚や嗅覚を使い脅威を察知することができる。獲物となる生物が捕食の脅威を検知できることを示唆する、リスクに対するこのような行動反応の証拠が、分類群を超えて存在しているが、特に昆虫の場合、検知のメカニズムはあまりよくわかっていなかった。
ACSミーティングで研究発表を行ったペンシルバニア州立大学のポスドクのジェシカ・カンズマン博士は、「昆虫は嗅覚の手がかりを頼りに餌や仲間、住む場所を探しているので、この匂いを利用して行動を操作する方法を調査する絶好の機会だ」と述べた。
アブラムシとテントウムシ
アブラムシはさまざまな作物に甚大な被害を与える害虫であり、その数の多さ、植物病原菌を媒介する能力、殺虫剤への耐性の強さなどから、生産者にとって根強い問題となっている。また、テントウムシの好物でもあり、園芸家にとって、テントウムシは持続可能な害虫管理の手段として歓迎されている。ペンシルバニア州立大学のヘルマン博士の研究によると、アブラムシなどの草食性昆虫は、捕食者の匂いが近くにあれば、畑や庭に近づかないことがわかっている。それだけでなく、テントウムシが発する匂いを嗅ぐと、アブラムシの繁殖速度が遅くなったり、羽を伸ばす能力が高まったりすることがわかっている。これらはいずれも、脅威を避けるための行動だ。
そこで研究チームは、テントウムシが発する嗅覚情報が、それ自体で害虫を駆除できるかどうかを調べることにした。研究チームはまず、生きているテントウムシから揮発性の匂いを抽出し、ガスクロマトグラフィー質量分析法（GC-MS）を用いて、テントウムシの匂いを構成する個々の成分を分離・同定した。
また、アブラムシがどの化合物に反応するかを調べるために、生きているアブラムシの触角を電位差計（EAG）に接続し、捕食者が発する個々の臭気をアブラムシに浴びせて、どの化合物を検出するかを調べた。反応の強さは、EAG装置が拾った信号に基づいて測定された。
テントウムシが発する多くの化合物の中で、アブラムシが最も強く反応したのは、イソプロピルメトキシピラジン、イソブチルメトキシピラジン、sec-ブチルメトキシピラジンなどのメトキシピラジン類であった。化合物が特定された後、ヘルマン博士とチームは、庭や畑に時間をかけて香りを広げるエッセンシャルオイル・ディフューザーに使用できる特別な匂いのブレンドの作成に着手した。
次にチームは、香りディフューザーのフィールドテストを行い、アブラムシやテントウムシに対する効果が実験室で観察されたものと同様であるかどうかを確認することを計画している。また、ヘルマン博士とカンズマン博士は、拡散器の散布範囲を明らかにし、他の害虫や捕食者、さまざまな種類の作物に応用できるかどうかを調べたいと考えている。さらに、製造会社と協力して、最終的には農家や園芸家が商業的に使用できるような特別な拡散器を設計している。
このテーマに関するメディア向け説明会の録画が8月25日（水）にYouTubeに掲載された。
説明会のタイトルと要旨は以下の通りだ。
発表タイトル
恐怖の匂い：草食昆虫の害虫管理ツールとしての捕食昆虫の匂いの活用
発表内容
農業生態系における草食性昆虫の持続的な管理において、捕食性昆虫は非常に重要なツールである。農作物に被害を与える草食動物の個体数を減らすために、天敵を集めて維持することに重点を置いた研究が行われている。しかし、捕食される危険性があるだけで、草食動物の行動や生理に変化が生じ、草食動物の繁殖能力や生存率に影響を与える可能性がある。このような体力に影響を与えるリスク反応（非消費的効果と呼ばれる）が、害虫管理手段として草食害虫の個体数を抑制することにどのように貢献しているのか、また、草食動物が捕食リスクを検知するために使用するメカニズムの特定については、ほとんど調査されていない。本研究の目的は、（1）捕食者からの匂いの合図は、餌生物によるリスク検出に役割を果たしているのか、（2）これらの匂いの合図は、餌生物に非消費的な効果を引き起こすことができるのか、ということだ。本研究では、草食性のグリーンピーチアブラムシ（Myzus persicae (Sulzer) ）、捕食性のマルチカラーアジアンレディービートル（Harmonia axyridis (Pallas) ）、およびコラード（Brassica oleracea）をシステムとして用いて、これらの疑問に答えている。
本研究では、まずGC-MSを用いてH. axyridisの揮発性臭気プロファイルを同定し、GC-EAGを用いて化合物とブレンドの生物活性を評価した。さらに、これらの匂いの手がかりがM. persicaeに与える影響を、二択の嗅覚計を用いて調べた。また、実験室内でH. axyridisの揮発性の匂いを嗅ぐことで、M. persicaeの宿主植物の選択や繁殖能力に影響を与えることがわかった。このようなアプローチは、餌の匂いの手がかりが草食動物の行動やパフォーマンスに変化をもたらし、それが最終的に植物の生産性に寄与するかどうかを判断する上で非常に重要である。
天敵の匂いの手がかりを利用して非消費的な効果を得ることは、持続可能な害虫管理における応用化学生態学の将来的な方向性として有望である。
BioQuick News：Protecting Gardens and Crops from Insects Using the “Smell of Fear”
[News release] [YouTube]
