2002年11月 No.14
上：オオモンシロチョウ成虫。前翅に紋のないのがオス。開帳6-7cm（モンシロチョウは4-5cm）。
下左：オオモンシロチョウ非休眠蛹。背に黒い２本の棘。体長約3cm。
下右：モンシロチョウ非休眠蛹。私たちになじみ深い形と色。体長約2cm。（金子順一・片桐千仭）
金子 順一 （独立行政法人・北海道農業研究センター）
片桐 千仭 （低温基礎科学部門）
モンシロチョウは日本中どこにでも飛んでいて知らない人はいないでしょう。「ちょうちょ ちょうちょ 菜の葉にとまれ・・・」という歌でも知られていますし、40円切手になったこともあります。ではオオモンシロチョウをみなさんはご存じですか？モンシロより少し大型で、オスの前翅には黒い紋がないという特徴があります（表紙写真）。ヨーロッパではふつうに見られ、各国の切手にも採用されているチョウですが、日本には数年前までいませんでした。それが1996年6月共和町で初めて見つかったのです。それからは次々と道内の日本海側だけでなく道東からも、「見つけた」、「採集した」という報告がありました。青森県でも見つかっています。毎年採集の報告があるということは、青森以北では冬越しして定着したと考えていいでしょう。大陸で大発生したオオモンシロが、風によって日本に運ばれてきたのが、おそらく侵入の最初だったのでしょう。
オオモンシロはモンシロと同様にアブラナ科の菜の花、大根、キャベツなど畑作物の害虫です。モンシロと近縁で、年に数回卵を産み、秋の頃の幼虫は休眠蛹となって冬越しすることも同じです。青森以北では定着したようですが、今後南下するのでしょうか。私たちはそのことを予測するため日本中に広く分布しているモンシロと比較してみました。着目したのは蛹の体表を覆うワックス層の主成分、炭化水素です。炭化水素は，その名のとおり炭素と水素から出来ていて、その組み合わせによって種類は沢山あり、都市ガスやプロパンガス、ガソリンや灯油のほかに、化粧クリームなどの原料のワセリンも身近な例です。昆虫の炭化水素はこの化粧クリームのように体表を覆い体内からの水分の蒸散や体外からの水や病原体の侵入を防いでいます。炭化水素は温度変化に応じて気体・液体・固体とその状態が変わります。日本に広く分布するモンシロの体表炭化水素は、北から南までの幅広い温度分布や季節変化にもかかわらず、不変でしょうか、それとも、変化しているでしょうか。変化しているとしたら、どのように変化しているのでしょうか。このことがモンシロとオオモンシロの休眠・非休眠蛹の体表炭化水素に私たちが着目した理由です。
チョウを飼育することから始めました。両種の卵を採集し、北海道農業研究センターの飼育室で人為的に日の長さを夏の長日、秋の短日条件にして飼育しました。長日条件では非休眠蛹が、短日条件だと休眠蛹になります。こうして得られた蛹をステンレス製の茶こしに入れ、ヘキサン溶液の中にじゃぶじゃぶと数秒間浸けます。そうするとヘキサンは体内に侵入せずに、体表の炭化水素だけが抽出されます。抽出した炭化水素をイヤトロスキャンという薄層クロマトグラフィーの原理によって定量する装置で分析しました。その結果、モンシロもオオモンシロも、休眠蛹の方が、炭化水素の量は１匹当たりに換算しても体重１グラム当たりにしても増えていましたから、ワックス層を厚くして冬越ししていることがわかりました。では、どれだけ厚さに違いがあるのでしょうか。それを知るために、蛹の体表面積をMRIで測定しました。MRIは人体内部の断層検査に病院で使われている磁気共鳴診断装置です。私たちは小型の装置を用いて蛹の頭部から尾部までの１mm間隔の輪切りの断層画像を撮りました（図1）。次に、その画像から蛹の各断層の外周を測定し、その外周の和に１mmを乗じたものを蛹の体表面積としました。近似の積分です。こうして得られた体表面積で先程の１匹あたりの炭化水素の重さを割り、さらに炭化水素の密度（成分分析の結果、ノナコサンが主成分だったのでその密度0.8083g/cm3を用いました）で割って、炭化水素の厚さ、つまりワックス層の平均の厚さを求めました。その結果は、両種とも休眠蛹の方が厚く、モンシロは20倍近く、オオモンシロは５倍以上です。モンシロの倍率に驚かれるかもしれませんが、ワックス層の実際の厚さはモンシロの休眠蛹とオオモンシロの非休眠蛹がほぼ同じ0.2ミクロンなので、モンシロの非休眠蛹のワックス層が極端に薄いことがわかるでしょう。オオモンシロの休眠蛹のおよそ百分の一の薄さです。
ワックス層の厚さの変化がわかりましたが、組成に違いはあるのでしょうか。ひとくちに炭化水素と言っても、炭素が直線状に並んでいるもの（飽和直鎖）もあれば、枝分かれしているもの（枝鎖）、二重結合をもつもの（不飽和）などさまざまです。また、炭素数も違います。今度はガスクロマトグラフィーと質量分析器を用いて分析しました。その結果、モンシロの非休眠蛹の炭化水素は全体の70％を炭素数29のノナコサンが占めていて、枝鎖炭化水素はなく、不飽和炭化水素は7％しかありませんでした。休眠に入ると組成を大きく変え、全体の60％が二重結合を１つ持つ不飽和炭化水素になり、そのうち炭素数29のノナコセンと31のヘントリアコンテンが大部分を占めていました。二重結合が１つ入ったために、どちらの炭化水素も単独だと融点（凝固点）は10℃下がって50℃前後です。ワックス層では混合物になっているので、融点（凝固点）はさらに20-30℃下がります。この組成変化がもたらす融点（凝固点）の低下がモンシロの冬越しには必要なのでしょう。今から30年前、応用動物昆虫学会会長の河野義明さんがモンシロの休眠・非休眠蛹の表面を走査電子顕微鏡像で観察されました。両者を比べると休眠蛹の表面は非休眠のそれとは全然違って、滑らかでした。この表面炭化水素の質感の違いは、まさに私たちが分析した組成の違いです。電子顕微鏡の観察を、30年経って物質レヴェルで説明出来たのです。冬は夏に比べ乾燥していますから、寒さだけでなく乾燥にも耐えなくてはなりません。この滑らかさの違いは、夏には問題にならなかった冬期間の乾燥から蛹が休眠中に身を守るための一つの方策なのでしょう。一方、オオモンシロの分析を進めてみると驚きました。休眠蛹も非休眠蛹も炭化水素の組成はほとんど変わらない、しかも95％以上が飽和直鎖炭化水素なのです。ノナコサンとヘントリアコンタンが主成分でした。
ここで、これまでに述べた体表の炭化水素の厚さと組成の結果をまとめると次のようになります。モンシロの休眠蛹は、厚さを増すだけでなく、巧妙に組成を変化させているのに、オオモンシロはひたすら厚さを増すだけでした。オオモンシロの炭化水素の組成から考えて体表は恐らくモンシロの非休眠蛹の表面のように粗でしょう。オオモンシロは寒さに強い（北緯60度のサンクト・ペテルブルクにも分布しています）ので、このような粗面でも１ミクロンにまで厚くすれば冬の乾燥対策は問題ないのかもしれません。
結局、オオモンシロの分布が青森以南に広がらない確かな理由はわかりませんでした。ひたすら寒さに適応することと高温多湿下で生活していくこととが両立しにくいのがオオモンシロ、寒さと高温多湿に適度に適応しているのがモンシロという推測が可能です。けれども、この問題については別の調査が必要です。また、今年の北海道のように梅雨ではないかと思える天候が地球温暖化によって毎年訪れるようになるかもしれません。北海道が高温多湿になったとしたら、オオモンシロは北海道から姿を消すのでしょうか。
昆虫に限らず、いろいろな動植物が外国からさまざまなルートで侵入してきます。今回紹介したオオモンシロは畑作害虫という顔を持ち、被害がすぐわかるケースなので、早く見つけられました。種の移動・分散は大自然の営みの一つです。過去にもガンマキンウワバという蛾の例がありましたが、大陸からの移動の現場に私たちは立ち会ったと言えるでしょう。
（この研究は昨年度および今年度の低温科学研究所・共同利用研究課題「脂質から見た昆虫の寒冷地適応」のテーマの一つです。）
図１ オオモンシロチョウの非休眠蛹のMRI断層写真。
1mm間隔の輪切りの断層画像の例。白い横棒は5mm
江淵直人 （寒冷海洋圏科学部門）
4月1日付けで，寒冷海洋圏科学部門大気海洋相互作用分野の教授として着任しました．よろしくお願いします．３月までは，東北大学大学院理学研究科付属大気海洋変動観測研究センター海洋環境観測研究部の助教授でした．
大学院生から助手のはじめの頃は，東北大学の風洞水槽を使った風波の室内実験を中心とした研究をしていました．長さ 20 m，幅 60 cm，水深 60 cm の水槽の上にファンで風を吹かせ，風速・吹走距離による風波の発達，風から波・流れへの運動量輸送，風波の表面形状，風波下の乱流場の構造などを，様々な計測法とともに流れの可視化の技術を用いて調べていました．その後，人工衛星によるマイクロ波リモートセンシングが海洋観測へ応用されるようになりつつある時期に，風洞水槽内でマイクロ波を水面に向けて発射し，海面で後方散乱される物理機構を調べる実験を行い，この研究で学位論文を書きました．その後は，この室内実験の経験をもとに，マイクロ波高度計やマイクロ波散乱計のデータの処理アルゴリズムと精度評価や観測データを用いた大気海洋相互作用の研究を行っています．
マイクロ波は，周波数が 1〜30 GHz（波長 1〜30 cm）程度の電波で，主に衛星放送や衛星通信，各種のレーダなどに利用されています．人工衛星から海面に向けて発射したマイクロ波のパルスが，海面で後方散乱されて戻ってきた信号を受信することにより，マイクロ波高度計は海面高度，海上風速および波高を，マイクロ波散乱計は海上の風速・風向を観測することができます．マイクロ波センサーの最大の特徴は，雲の影響をほとんど受けないため，昼夜を問わず，また天候の影響を受けずに，連続して全球観測を行うことができる点です．これらのセンサーは1990年代から継続して運用が行われており，最近では，海面の観測だけではなく，海氷の分布や移動，陸域の植生や雪氷などの研究にも利用されるようになってきました．
今年12月には新しい日本の地球観測衛星 ADEOS-II が打ち上げられる予定です．この衛星も含め数多くの地球観測衛星が運用され，膨大な量のデータが流通する時代となりました．少し前までは，衛星データといえば大きな計算機資源と特殊な解析装置・ソフトウエアを持つ一部の研究者のみが扱えるものというイメージがありました．しかし，最近では，誰でも簡単にデータが手に入るようになってきています．このような環境の中で，リモートセンシングのデータを現場観測データや数値モデルと有機的に組み合わせて，寒冷圏の大気・海洋相互作用の研究にうまく活用していく方法を考えていきたいと思っています．
小野清美 （寒冷陸域科学部門）
草本植物が成長するにつれて、下の古くなった葉は黄化し枯死していく。葉は枯死していく過程で目に見える大きな変化を遂げるが、葉の光合成活性が低下したり、遺伝子発現が変化したり、タンパク質量が減少したりするように、目に見えない大きな変化も起きている。窒素はタンパク質などを構成し、植物にとっても重要な元素のひとつであり、窒素供給が制限されると、植物の成長も制限される。植物が成長するにつれて下部の古い葉は、上部に展開した若い葉によって被陰される。光条件が悪いと窒素を多く保持していても無駄になるため、そのような窒素は下部の古い葉から上部の光条件の良い葉に回され再利用される。このように植物は自然条件下では不足しがちである窒素を個体内で有効に利用し、個体の物質生産を上げる仕組みを持っていると考えられる。葉の老化の意義はこのように考えられている。
光が強く、かつ窒素が欠乏している生育条件では、葉の老化が早いというように、生育時の光強度、窒素供給量などによって、葉の老化のはやさは大きく変化する。そこで、老化過程における古い葉の窒素量の減少を、生育条件に関わらずに説明しうるようなパラメータがあるのか検討した。すると展開し始めの若い葉のように比較的窒素欠乏になりにくいと考えられる部分での窒素濃度の低下と個体の成長量から求められる'個体の窒素欠乏度'を表すパラメータによって、老化過程における古い葉での窒素量の減少がほぼ説明できた。このとき、窒素量の減少が早い生育条件では、葉に光合成産物が蓄積していた。糖の蓄積が光合成系のタンパク質の遺伝子発現を抑えるという研究がそれまでにあったため、窒素供給量を変えたり、葉に光合成阻害剤を塗布したりして葉における光合成産物の蓄積量を変える実験を行ったところ、光合成産物の蓄積が葉の老化に関わっている可能性が示唆された。これまでにサイトカイニンのような植物ホルモンが葉の老化に関与することも示されているが、老化を調節する要因として挙げられるものが多く、葉の老化の制御機構の全体像については明らかになっていない部分が多い。
現在所属している研究グループでは、雨竜地方演習林を使った研究も行っているため、私もダケカンバの葉の光合成活性の測定などを行った。私自身はこれまで、室内実験が主だったため、天候に左右されがちな野外調査の大変さと野外サンプルの取り扱いの難しさを感じた。今後は、草本植物の葉の老化の調節機構に関する研究を行いつつ、研究グループで行っている樹木の光ストレスの研究にも携わってゆきたい。
藤吉康志 ・ 川島正行 （寒冷海洋圏科学部門）
雲は地球上の水循環、エネルギー循環、そして物質循環に大きな役割を果たしている。従って、雲（及び降水）をモデルの中でどれだけきちんと扱っているかによって、天気や気候予測結果が大きく変化する。例えば、近年問題となってきた温暖化や地球環境に与えるインパクトを考える際には、「厚い雲と薄い雲」、「氷雲と水雲」、「上層雲と下層雲」、「綿雲のような孤立した積雲と広い面積を持つ層雲」といった様々な雲を研究対象とする必要がある。その理由は、これらの雲が広い意味での地球環境に対して果たす役割が互いに異なっているからである。しかしながら、雲の取り扱いや、雲が存在する大気条件下での放射収支の計算は現今のモデルでは極めて不十分であり、気象・気候モデルでもっとも不確定性が大きい要素のひとつである。そのため、数値モデルでは「雲解像モデル」、観測技術では「衛星搭載雲レーダー」の開発が世界的に進んでおり、これらの手段により得られる雲の正確な情報を気象・気候モデルに反映させようとする取り組みも盛んに行なわれている。
もちろん雲を研究対象とするからには、雲粒や氷晶の核となるエアロゾルが含まれている「汚れた大気」を扱わなければならない。「きれいな」大気の流れを計算するのは流体力学ですむが、「汚れた地球大気」は基本的に粒体力学（これは私の造語）・混相流的観点から研究を進めていくべきだと考えている。単なる流体力学的には、連続の方程式と熱力学方程式から上昇する空気塊の気温と湿度変化を計算し、相対湿度が100％になると雲が発生する。しかし、これでは雲の本体である雲粒の粒径分布を決めることができない。雲の粒径分布が決まらないということは、降水の形成速度や雲の放射特性が決まらないということである。簡単な試算から、雲粒の大きさが数％程度変わるだけで、二酸化炭素の倍増によって引き起こされる温暖化よりもはるかに大きなインパクトを及ぼすことが明らかとなっている。
更に、我々が興味を持っている生態系との関連では、大気境界層内（高度1km以下）で形成される積雲が重要である。境界層は、陸面からの顕熱と潜熱フラックスによって日変化し、時に雲が発生する。顕熱と潜熱フラックスはもちろん陸面状態・植生分布に大きく左右される。その反対に、晴天積雲が発生した方が、植物の生育に好都合な光環境が形成されることも知られている。例えば、晴天積雲は地上気温の日中での上昇・夜間での低下を適度に抑える。また、雲からの散乱光は、直達光に比べて森林内部にまで入ることが可能である。更に、晴天積雲が存在した方が、森林による正味の炭素の同化量が増加することも知られている。また、本ニュースレターで紹介されているオオモンシロ蝶の渡りや、飛行能力の無い虫の広域移動なども境界層内の大気の流れと深く関係していると思われる。このように「雲」を研究テーマの中心に据えた方が、降雨・降雪を中心としたこれまでの研究よりも、他分野との関わりがより密接となるであろう。
以上は、自然科学的観点からの「雲」への興味であるが、人文科学的興味も無いわけでは無い。以前、或る気象学者が書いた「天国に吹く風」というエッセーを読んだことがある。内容は忘れてしまったが、私ならば「天国にできる雲」としたいところである。上で書いたように、雲粒は「汚れた大気」でないとできにくい。一体、天国にはどのような物質が雲粒や氷晶の核になっているのだろうか。また、本当か嘘か、「ヤマト」は「太陽」を「クマソ」は「雲」を信仰する人達の総称などという話を読むと思わず引き込まれてしまう。
日時 平成１４年８月２２日（木）、２３日（金）
場所 北海道大学 低温科学研究所 講堂
平成１２年−平成１４年度の３カ年にわたり、スイス連邦工科大学の大村纂教授が日本学術振興会上級招聘研究員として各年２ヶ月以上北海道大学に滞在いたしました。この間に氷河のついての特別講義や日本各地での講演を通じて、関連する分野への貢献に努められてきました。平成１４年度は最終の年度にあたりますので、これを記念して雪氷圏での変動（温暖化その他）についてのシンポジウムが開催されました。雪氷圏での変動とは極域での氷河・海氷のみでなく、高山及び日本の積雪地域や永久凍土など広域的な雪氷現象とその変動を対象としています。大村教授の広い学問視野でのコメントや参加者相互の意見交換などを通じて、日本における研究の進展に寄与するものと期待されています。
シンポジウム実行委員会
世話役 福田正己・白岩孝行
北海道大学 低温科学研究所
大村教授ご夫妻を囲んで
共同研究採択課題は，「平成14年度共同研究採択課題」を御覧ください。
| 日付 | 内容 | 氏名 | 職名（旧職） |
|---|---|---|---|
| 14. 2.27 | 任期満了 | ディヴィス，アンドリュージョン | （外国人研究員・客員助教授） |
| 14. 3. 1 | 採用 | ディヴィス，アンドリュージョン | 助教授 |
| 14. 3. 1 | 採用 | 小野 清美 | 助手 |
| 14. 3.29 | 任期満了 | 張文霞 | （外国人研究員・客員助教授） |
| 14. 3.31 | 定年 | 青田 昌秋 | （教授） |
| 14. 3.31 | 定年 | 瀬川 鉄逸 | （技術専門官） |
| 14. 3.31 | 任期満了 | 佐伯 孝子 | （事務補助員） |
| 14. 3.31 | 任期満了 | スーディク，スィルヴィアン | （非常勤研究員） |
| 14. 3.31 | 任期満了 | 石井 弘明 | （非常勤研究員） |
| 14. 3.31 | 任期満了 | 小林 剛 | （非常勤研究員） |
| 14. 3.31 | 任期満了 | 佐藤 晶子 | （研究支援推進員） |
| 14. 3.31 | 任期満了 | 斉藤 健 | （研究支援推進員） |
| 14. 3.31 | 任期満了 | 小木 広行 | （研究支援推進員） |
| 14. 3.31 | 任期満了 | 柴田 明夫 | （研究支援推進員） |
| 14. 4. 1 | 転出 | 飯田 厚志 | 工学研究科・工学部人事掛主任（庶務掛主任） |
| 14. 4. 1 | 転出 | 佐藤 信世 | 農学研究科・農学部図書閲覧掛事務官（庶務掛事務官） |
| 14. 4. 1 | 転出 | 橋場 学博 | 経理部主計課第一予算掛事務官（会計掛事務官） |
| 14. 4. 1 | 昇任 | 江淵 直人 | 教授（東北大学助教授） |
| 14. 4. 1 | 昇任 | 菅原 史子 | 専門職員（庶務掛主任） |
| 14. 4. 1 | 昇任 | 高塚 徹 | 技術専門職員(技術官) |
| 14. 4. 1 | 任命 | 新堀 邦夫 | 技術部技術班長 兼技術部機器開発技術主任 |
| 14. 4. 1 | 任命 | 石川 正雄 | 技術部先任技術専門職員 兼観測解析技術主任 |
| 14. 4. 1 | 任命 | 福士 博樹 | 技術部先任技術専門職員 |
| 14. 4. 1 | 任命 | 石井 弘道 | 技術部特機開発技術主任 |
| 14. 4. 1 | 併任 | 大串 隆之 | 客員教授(京都大学教授) |
| 14. 4. 1 | 採用 | 瀬川 鉄逸 | 技官 |
| 14. 4. 1 | 採用 | 宮崎 和代 | 事務補助員 |
| 14. 4. 1 | 採用 | 狩野 綾子 | 事務補助員 |
| 14. 4. 1 | 採用 | 田邉 愼一 | 技術補助員 |
| 14. 4. 1 | 採用 | 村上 誠 | 研究支援推進員 |
| 14. 4. 1 | 採用 | 平島 真澄 | 研究支援推進員 |
| 14. 4. 1 | 転入 | 濱 勝博 | 庶務掛主任（獣医学研究科・獣医学部庶務掛主任） |
| 14. 4. 1 | 転入 | 老松 邦男 | 会計掛主任（医学部附属病院給食掛主任） |
| 14. 4. 1 | 転入 | 行木 幸子 | 庶務掛事務官（医学研究科・医学部事務官） |
| 14. 4.12 | 任期満了 | シモネイ，バーント | （外国人研究員・客員教授） |
| 14. 4.16 | 採用 | トリパティ，シュリカント | 外国人研究員・客員助教授 |
| 14. 5.29 | 任期満了 | シコス，ギョルギィ | （外国人研究員・客員教授） |
| 14. 6. 1 | 採用 | 堀川 信一郎 | 科学研究支援員 |
| 14. 6. 1 | 採用 | 大坂 恵一 | 科学研究支援員 |
| 14. 6. 1 | 採用 | 斎藤 健 | 科学研究支援員 |
| 14. 6. 1 | 採用 | 木田橋 香織 | 科学研究支援員 |
| 14. 6.30 | 辞職 | 勝又 勝郎 | （非常勤研究員） |
| 14. 7. 1 | 採用 | 加藤 京子 | 非常勤研究員 |
| 14. 7. 1 | 昇任 | 行木 幸子 | 庶務掛主任（事務官） |
| 14. 7.16 | 任期満了 | トリパティ，シュリカント | （外国人研究員・客員助教授） |
| 14. 7.19 | 採用 | ブラッター，ハインツカール | 外国人研究員・客員教授 |
| 14. 8. 1 | 採用 | 高田 守昌 | 科学研究支援員 |
| 14. 8. 1 | 採用 | 飯塚 芳徳 | 科学研究支援員 |
| 14. 8.31 | 辞職 | 神治 絵里子 | （事務補助員） |
| 14. 8.31 | 辞職 | 宮崎 和代 | （事務補助員） |
| 14. 9. 1 | 採用 | 大畑 恵 | 事務補助員 |
| 14. 9. 1 | 採用 | 西村 雅美 | 事務補助員 |
| 14.10.18 | 任期満了 | ブラッター，ハインツカール | (外国人研究員・客員教授) |
| 14.10.21 | 採用 | ワン，ヤフェイ | 外国人研究員・客員教授 |
| 14.11. 1 | 転出 | 西村 浩一 | 防災科学技術研究所主任研究員(助手) |