アリのフェロモン、その一滴を初めて見る

トビイロケアリ（Lasius niger）は食べ物を見つけると、巣へ戻りながら背後に匂いの道を残していく。腹部を地面に下ろし、フェロモンの小さな液滴を置いていくのだ。フェロモンは化学的なメッセージであり、巣の仲間を食べ物のありかへと導く。こうした道しるべは早くも1779年に記録されている。いまでは自己組織化の教科書的なモデルとなり、アリコロニー最適化アルゴリズムというコンピューター手法の一大分野を生み出した。

誰も見たことのなかった一滴

ところが、道しるべの基本単位はこれまで一度も観察されたことがなかった。研究者は道の強さをアリの往来や道をつける行動から推定し、液滴はどれも同じだと仮定している。一回の分泌物の体積、蒸発の速さ、自然の道しるべの実際の濃度。どれもわかっていなかった。液滴の大部分を占める溶媒でさえ、正体が突き止められたことはなかった。

XLIM研究所（CNRSとリモージュ大学）のロール＝アンヌ・ポワソニエ、ピエール・ボンらは、この液滴を直接見ることに挑んだ。

光で一滴を量る

実験に使ったトビイロケアリは、2020年にトゥールーズで採集した女王が築いたコロニーのものだ。数日間餌を与えずにおいた働きアリを、長さ57ミリメートルの宙に浮いたガラスの橋へ放した。橋の向こう端には砂糖水が置かれている。

分泌物は透明なので、チームは定量位相イメージングを用いた。これは、透明な物体を通過する光がどれだけ遅れるかを測る干渉計測の手法だ。屈折率を仮定すれば、その遅れから局所的な厚さが約20%の精度で得られる。染料も接触も必要ない。1台目のカメラが橋の決まった一角を毎秒最大250枚で撮影し、続いて電動ステージ付きの顕微鏡が橋全体を走査した。

消える液体、残る固体

最初の液滴は、腹部から離れるその瞬間に生のまま捉えられた。液滴は液体だった。ある液滴は約120ミリ秒で0.4ピコリットルから0.15ピコリットルになった。その4倍ほど大きい別の液滴は、時定数11秒で1.7ピコリットルから0.4ピコリットルになった。1ピコリットルは1兆分の1リットルである。

あとに残るのは、幅約80マイクロメートル、厚さわずか数十から数百ナノメートルの平たい固体の斑点だ。こうした斑点の一つを顕微鏡で1時間以上追跡したところ、時定数63分で体積の約10%をゆっくりと失った。これは、トビイロケアリの道しるべが効力を保つことが知られている時間に近い。24時間後にも固体の残留物がまだ残っていた。

著者らはこれを三つの成分として解釈している。

• 液滴の大部分を占め、数秒で蒸発する溶媒。道しるべを後から採取する通常の化学分析では見逃されていた。
• ゆっくりと昇華する、つまり固体から直接気体になる成分。著者らはイソクマリンを候補に挙げている。このアリに道をたどらせることが知られている分子だ。
• 安定な残留物。保持基材としてはたらき、匂いをその場にとどめているのかもしれない。

一回の分泌物で昇華した物質がすべてイソクマリンだとすると、その量は約26ピコグラム、空気中に放出される分子にして1100億個に相当する。

アリを観察するだけでは足りない

研究者はふつう、特徴的な腹部の曲げを観察して液滴を数える。チームはアリを上と横から撮影し、そのあと橋を走査した。代表的な1匹では、道をつける姿勢が7回観察された。そのうち6回は実際の分泌物と一致したが、1回は、より高い感度で探しても何とも一致しなかった。行動は有用ではあるが、不完全な目安なのだ。

同じ一滴は二つとない

そして最大の驚きがやってきた。5匹のアリにわたって、分泌物は形も面積も体積も異なっていた。

• 面積の中央値：4300平方マイクロメートル、ばらつきは10倍。
• 体積の中央値：0.68ピコリットル。0.2未満から4以上まで、20倍以上の幅がある。
• アリが腹部をどう引きずったかによって、丸い形にも洋ナシ形にもなる。

統計モデルは、**ばらつきの約90%**を個体間の差に帰した。分泌物はどれも同じだという一般的な仮定は、少なくともこの種では誤りである。

道づくりの専門家？

こうした個体差が時間がたっても安定しているなら、一部の働きアリが道づくりで飛び抜けて大きな役割を担っているのかもしれない。著者らは、今回測定した値を集団行動のモデルや最適化アルゴリズムに組み込みたいと考えている。また、アリが検知できる最小の量を突き止めたいとしている。純粋な生物学を超えて、実用面での意義も指摘している。外来アリ対策の毒餌は道しるべが引き起こす動員を利用しており、またフェロモンは農業において、殺虫剤に代わる標的を絞った手段としてますます使われるようになっている。