Plant phenology and larval instar influence the efficacy of Bt maize against Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae)

トウモロコシの植物を、巨大で多層構造の超高層ビルだと想像してみてください。そして、アメリカンスパッドモドキ（Spodoptera frugiperda）を、そのビルを食い荒らそうとしている、小さくて飢えた建設作業員だと考えてください。長年、農家は「スマート」なトウモロコシ（Btトウモロコシ）に頼ってきました。これは、害虫を撃退するための目に見えない毒タンパク質を生み出す、一種の高度なセキュリティシステムとして機能します。しかし、ブラジルからの新しい研究は、このセキュリティシステムが、常に同じように機能しているわけでも、建物全体で均一に機能しているわけでも、あるいはすべての作業員に対して有効であるわけでもないことを示唆しています。

植物が成長し、幼虫が成長し、そして「セキュリティ」が衰退していく時に何が起こるのか、その物語をご紹介します。

「スマート」なビル vs 飢えた作業員

研究者たちは、VTPRO4® という特定のハイテク・トウモロコシ・ハイブリッド種をテストしました。このハイブリッドは、アメリカンスパッドモドキを阻止するために設計された4種類の異なるセキュリティガード（Cry1A.105、Cry2Ab2、Vip3Aa20、Cry3Bb1という名前のタンパク質）を備えたビルだと考えてください。彼らはこれを、セキュリティガードが全く存在しない通常の非Btトウモロコシのビルと比較しました。

彼らは、2つのグループのアメリカンスパッドモドキを用いた大規模な実験を設定しました。

1. 「ラボ」の作業員: これらは、安全で管理されたラボで35世代にわたって育てられたワームです。彼らは、セキュリティガードを見たことがない「無知な」作業員のようなものです。
2. 「フィールド」の作業員: これらは、ブラジルのドゥラドスにあるトウモロコシ畑から直接捕獲された野生のワームです。彼らは、以前に似たようなセキュリティシステムに遭遇したことがある「ベテラン」です。

3つの大きな驚き

1. 「古いワーム」の問題
研究の結果、ワームの年齢が非常に重要であることがわかりました。研究者が第1齢幼虫（生まれたばかりの小さなワーム、いわば新人採用者）をBtトウモロコシに与えたとき、セキュリティシステムは非常によく機能しました。しかし、第3齢幼虫（より大きく、よりタフになったワーム、いわばベテラン作業員）を与えると、システムは著しく効果が低くなりました。

• 比喩: これは、幼児は止めることができるが、大人がそのまま通り抜けてしまうセキュリティゲートのようなものです。古いワームは、兄弟を死に至らしめた毒を処理できるほど大きく成長し、消化器官を発達させていました。システムは彼らを完全に止めることはできませんでしたが、若いワームに比べると致死性は大幅に低くなっていました。

2. 「スカイライン」効果（植物のどこに？）
トウモロコシの植物は均一ではありません。研究者は、植物の上部（上部キャノピー）、中間、下部（下部キャノピー）から葉を切り取りました。

• V3段階（若い植物）: 植物が若い時期（V3段階）には、一般的に上部の葉がワームにとって最も危険であり、下部の葉よりも高い死亡率を示しました。しかし、研究では、上部の葉の方が効果的ではあるものの、統計的な差が必ずしも決定的なルールとして成立するほど強力ではないことも指摘されています。
• V8段階（古い植物）: 植物が成長するにつれて（V8段階）、セキュリティシステムはあらゆる場所で威力を失ったようです。上部、中間、下部の葉の差は消失し、毒はどのセクションにおいてもワームを殺すには不十分でした。
• 比喩: ビルが新築の頃は、上層階にセキュリティガードが集中している状況を想像してください。ビルが古くなるにつれ、ガードたちは疲れ果て、彼らが持つ毒も薄れていき、建物全体が脆弱になっていくのです。

3. 「ベテラン」の作業員はタフである
研究者がラボの作業員をテストしたとき、Btトウモロコシは非常によく機能しました。しかし、フィールドの作業員（野生の個体）をテストしたとき、Btトウモロコシはほとんど機能しませんでした。実際、フィールドの作業員におけるBtトウモロコシ上の死亡率は、通常の非Btトウモロコシにおける死亡率とほぼ同じになることがよくありました。

• 比喩: ラボの作業員は、セキュリティチェックポイントを回避する方法を知らない観光客のようなものでした。一方、フィールドの作業員は、どのドアがロックされていないかを知り尽くし、ガードの目を盗んで通り抜ける方法を知っている地元住民のようなものでした。研究は、これらの野生のワームがすでに毒に対して耐性を進化させていることを示唆しています。

この「セキュリティシステム」が意味すること

この論文は、Btトウモロコシの有効性は、固定された不変の特徴ではないと明確に主張しています。それは、以下の条件によって変化する、ダイナミックな「いたちごっこ」なのです。

• 植物がどれくらい古いか: 毒は成熟とともに衰退します。
• ワームがどこを食べているか: 上部の葉は一般的に下部の葉よりも毒性が高いですが、それは植物が若い時だけであり、その場合でも統計的に劇的な差があるとは限りません。
• ワームがどれくらいの年齢か: 赤ちゃんは死にますが、大きくなったワームはよりよく生き残ります。
• ワームがどこから来たか: 野生のワームは、ラボで育てられたものよりもはるかに生存が困難です。

著者らは、これが「生存の窓（survival windows）」を作り出していると示唆しています。もしワームが若い植物の時期に生まれ、上部の葉を食べていれば、死ぬかもしれません。しかし、もし初期段階を生き延びるか、あるいはすでに体が大きくタフなワームであったり、毒が弱い古い植物を食べていたりすれば、生き残って繁殖することができます。生き残ったこれらのワームは「耐性」遺伝子を運ぶため、次の世代はさらに殺すのが難しくなります。

結論

本研究は、Btトウモロコシだけに頼ることは困難であると結論付けています。「セキュリティシステム」が失敗しているのは、テクノロジーが壊れているからではなく、環境が変化しているからです。植物の毒レベルは成長とともに低下し、ワームは成長するにつれてタフになり、野生のワームはすでに弾丸を避ける術を学んでいます。

研究者たちは、これが完全な敗北であると主張しているわけではありませんが、現在の戦略が「完璧な嵐（最悪のシナクターリオ）」を生み出している可能性があると警告しています。トウモロコシを守るためには、単にどのような種を植えるかだけでなく、「いつ」「どこで」ワームが食べているかを考える必要があると提案しています。もし私たちがこれらの「生存の窓」を考慮に入れなければ、害虫は最終的にセキュリティシステムを完全に出し抜いてしまうかもしれません。