砂漠アリの磁気受容メカニズム：他の昆虫とは異なるナビゲーション戦略

研究チームによると、この結果は、砂漠アリが磁気受容を行うメカニズムが、例えばオオカバマダラ（monarch butterfly）のような、これまで研究されてきた多くの昆虫とは異なる可能性を示唆しています。研究者らは、この砂漠アリの磁気受容が、磁鉄鉱（magnetite）やその他の磁性粒子を含むメカニズムに基づいている可能性があると考えています。

動物の磁気受容メカニズムは依然として議論の的

動物が磁気受容をどのように行い、それがどのような物理的メカニズムに基づいているのかについては、いまだに科学者の間で活発な議論が交わされています。現在議論されている仮説の一つに、ラジカルペア機構（radical-pair mechanism）と呼ばれる光依存的な量子効果があります。小型のスズメ類や、オオカバマダラなどの一部の昆虫は、この機構を利用していると考えられています。オルデンブルク大学の生物学者ヘンリク・モウリツェン教授（Henrik Mouritsen, PhD）が主導する共同研究センター「脊椎動物における磁気受容とナビゲーション（Magnetoreception and Navigation in Vertebrates）」は、この仮説を支持する証拠を多く集めています。

別の仮説では、一部の動物は感覚細胞や神経細胞内にある微細な磁性粒子を利用して、磁北（magnetic north）の方向を感知する、いわばコンパスの針のような仕組みを持つとされています。ハト、コウモリ、ウミガメなどは、磁性粒子を通じて地球の磁場を感知している可能性が高いと考えられています。現在では、磁気受容には両方の仕組みが存在することを示す証拠が増えています。

行動実験により磁気受容の異なるメカニズムを識別可能

磁気受容の仮説には異なる物理的原理があるため、行動実験を設計することで、どの動物がどのメカニズムを利用しているかを特定できます。研究者らは、磁性粒子に基づく磁気感覚を持つ動物は、地球磁場の「極性（polarity）」、つまり南北方向に敏感であると考えています。一方、ラジカルペア機構を利用する動物は、磁場の「傾斜（inclination）」、すなわち磁力線と地表のなす角度を感知すると仮定されています。

この磁気感覚の仕組みをより深く理解するため、フライシュマン博士は、現在ノルウェー科学技術大学（Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway）に所属するロビン・グローブ博士（Robin Grob, PhD）、ヨハンナ・ヴェクマン（Johanna Wegmann）、およびヴュルツブルク大学（University of Würzburg, Germany）のヴォルフガング・レスラー教授（Wolfgang Rössler, PhD）と協力し、砂漠アリが地球磁場のどの成分を検出できるのかを調査しました。それは、磁場の「傾斜（inclination）」か、「極性（polarity）」のどちらなのかという問いです。

フライシュマン博士がヴュルツブルク大学で博士課程に在籍していた2018年、研究チームは砂漠アリが磁気感覚を持つことを発見しました。彼女は2022年からオルデンブルク大学の共同研究センター（CRC）に研究員として参加しています。

人工磁場を用いた実験で砂漠アリの磁気感覚を解明

本研究では、ギリシャに生息する砂漠アリのコロニーを対象に、人工的に操作した磁場を用いて実験を行いました。研究チームは、ヘルムホルツコイル（Helmholtz coils）を巣の入り口の上に設置し、巣から出てくるアリをトンネルを通じてコイルの中心にある実験用プラットフォームへと誘導しました。そこで、アリが初めて巣を出る際に行う「学習歩行（learning walks）」の様子を撮影しました。

フライシュマン博士は博士課程の研究中に、砂漠アリがこの学習歩行の最中に地球の磁場を利用して巣の入り口の方向を記憶していることを発見しました。学習歩行の際、アリは前進を繰り返し中断しながら、巣の入り口の方向を振り返る行動を示します。研究者らは、このときアリが磁場を利用して視覚記憶を補助している可能性があると考えています。なお、研究チームが最近『PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences）』誌に発表した砂漠アリの脳発達に関する研究結果も、この仮説を支持するものでした。

磁場の傾斜を変えてもアリの行動に影響なし

本研究では、アリを人工的に操作した磁場にさらし、地球の自然な磁場とは異なる方向を指すように設定しました。その結果、磁場の垂直成分である「傾斜（inclination）」を変えても、アリの向く方向には影響が見られませんでした。つまり、アリは学習歩行中に変わらず巣の入り口の方向を向いていました。

しかし、磁場の「極性（polarity）」、つまり南北軸を180度回転させた場合、アリは巣の入り口の方向を完全に見誤りました。この結果から、砂漠アリはオオカバマダラやスズメ類とは異なり、磁場の傾斜ではなく極性を利用していることが示唆されました。これは、短距離のナビゲーションには極性を利用する方が適しているためではないかと、フライシュマン博士は指摘しています。

砂漠アリの優れたナビゲーション能力と磁気受容メカニズムの進化

砂漠アリは、優れたナビゲーション能力を持つことで知られています。彼らは、北アフリカのサハラ砂漠の塩原やギリシャの松林といった、目印の少ない環境に生息し、巣から数百メートル離れた場所まで食料を求めて移動します。巣を出る際にはジグザグに移動しますが、食料を見つけると、直線的に巣の入り口へと戻ります。

今回の研究では、ハチ目（Hymenoptera）に属するアリが、他の昆虫種とは異なる磁気受容メカニズムを利用していることが明らかになりました。例えば、チョウやゴキブリなどの昆虫はラジカルペア機構を利用する可能性がありますが、砂漠アリは極性に基づく磁気コンパスを持つことが示唆されました。この発見は、動物界における磁気感覚の進化を解明する新たな手がかりとなると、フライシュマン博士は述べています。

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