Persistence monitoring and mechanisms of insecticide resistance in brown plant hopper (Nilaparvata lugens (Stål)), and its associated risk on mirid bugs, Cyrtorhinus lividipennis Reuter, in North India

米は数十億の人々にとっての主食ですが、その栽培は、褐種吸汁虫（ブラウン・プラントホッパー）として知られる、植物の汁を吸う小さな昆虫との絶え間ない静かな戦いに直面しています。この害虫は単に作物を食べるだけでなく、植物の生命線である汁を吸い取り、収穫全体を台無しにしかねない致命的なウイルスを広めます。何十年もの間、農家はこれらの昆虫を抑え込むために化学スプレーに頼ってきました。しかし、自然には対抗する方法があります。細菌が抗生物質に生き残る方法を学ぶことができるのと同様に、昆虫も自分たちを殺そうとする毒に対する防御策を進化させることができるのです。ある化学処理から生き残った害虫の個体群は、そのタフな特性を子孫に受け継ぎ、最終的にはスプレーを無効にしてしまいます。このサイクルにより、科学者たちは害虫がどの程度耐性を獲得しているかを常に監視し、昆虫の中で化学物質を解毒することを可能にしている生物学的な仕組みを理解しなければなりません。

農家と害虫の間の戦いの向こう側には、この生態系における第三のプレイヤーが存在します。それはミリドバグ（カスミカメムシの一種）です。この小さな捕食昆虫は、褐種吸汁虫の天敵であり、害虫を狩って食べることでその数を抑制しています。現代農業の課題は、害虫を殺すことはできても、この役に立つボディガードまで殺してしまうことのない化学的な武器を見つけることです。もしスプレーの作用範囲が広すぎれば、天然の捕食者を一掃してしまい、化学物質の効果が切れた後に田んぼを無防備な状態にしてしまいます。目標は、益虫を保護しながら、害虫を的確に標的にできる精密なツールを見つけることです。

インドの北部および東部の主要な米生産地域で行われた最近の研究において、研究者たちはこの紛争の現状をマッピングすることを目指しました。彼らは、パンジャーブ州、ハリヤーナ州、オリッサ州などの州を含む4つの場所から褐種吸汁虫を採集し、現在の最も一般的な5種類の殺虫剤に対して、現地の個体群がどのような状況にあるかを確認しました。研究チームは単に虫が死ぬかどうかを見ただけでなく、虫の内部でどのような生物学的変化が起きているのかを詳細に調べました。彼らは、虫の体内で化学フィルターのように機能する特殊なタンパク質である3つの特定の酵素、すなわちエステラーゼ、チトクロームP450、およびグルタチオン-S-トランスフェラーゼの活性を測定しました。これらの酵素は、毒性のある化学物質が昆虫を殺す前に分解する役割を果たします。野外で捕獲された野生の虫と、一度も毒にさらされたことのない実験室株と比較することで、科学者たちは害虫がどのように生き延びているのかを正確に特定することができました。

結果は、適応を学んでいる害虫の姿を鮮明に描き出しました。研究によると、インドの褐種吸汁虫の個体群は、現在広く使用されている2つの化学物質、イミダクロプリドとチアメトキサムに対して中程度の耐性を発達させていました。場所によっては、実験室株と比較して、これらのスプレーで殺すのが最大17倍も困難になっていました。第3の化学物質であるフィプロニルに対する耐性はより低いものの、依然として存在していました。しかし、虫はピメトロジンとブプロフェジンの2つの他の化学物質に対しては、最も低い耐性を示しました。昆虫の内部生物学に関する調査では、この耐性が偶然ではないことが明らかになりました。最も耐性の強い地域の虫は、解毒酵素のレベルが著しく高くなっていました。具体的には、耐性個体群ではチトクロムP450酵素とエステラーゼの活性が非常に高く、これはこれらの昆虫が、自身に害を与える前に毒を積極的に分解していることを裏付けています。また、ある化学物質への耐性が別の化学物質への耐性を伴うことが多いことも判明しており、これは虫が単一のタイプのスプレーに対する特定の盾を開発しているのではなく、一般的な防御システムを開発していることを示唆しています。

研究者たちは次に、ミリドバグの安全性に注目しました。彼らは同じ5種類の殺虫剤をテストし、それがこの有益な捕食者にどれほど毒性があるかを調べました。その結果は衝撃的なものでした。褐種吸汁虫が中程度の耐性を発達させた化学物質、すなわちイミダクロプリドとチアメトキサムは、ミリドバグにとっても最も致命的なものでした。これらのスプレーにさらされると、助けとなる捕食者は高い死亡率を記録し、これらの化学物質が田んぼの自然な防御システムを破壊する可能性が高いことを意味していました。対照的に、ミリドバグにとってより安全な化学物質は、ピメトロジンとブプロフェジンでした。これら2つの物質は捕食者に対して毒性がはるかに低く、害虫を標的にしている間でも、捕食者が生き残ることができるのです。

研究では、これらの化学物質が現場でどの程度効果を持続するかについても調査しました。彼らは「残留毒性」、つまり散布後にスプレーがいつまで害虫を殺し続けるかを測定しました。フィプロロンのような一部の化学物質は長い間毒性を保持していましたが、研究者たちはピメトロジンがユニークな利点を提供していると指摘しました。ピメトロジンは、害虫を殺す初期能力が高い一方で、他の物質のように長期間にわたって生態系に害を及ぼすような長期的な毒性を残さないことが示されました。このバランスは、ピメトロジンが農家にとって価値のあるツールになり得ることを示唆しています。それは害虫に対して効果的であり、現在の現場での耐性に負ける可能性が低く、そして最も重要なことに、ミリドバグを保護することができるのです。

この研究は、インドの稲作における極めて重要な進むべき道を浮き彫りにしています。褐種吸汁虫は進化しており、同じ数少ない化学物質を繰り返し使い続けることは、害虫がより殺しにくくなり、同時に助けとなる捕食者が全滅するという状況を招いています。研究は、農家や科学者が、害虫の天然の天敵を傷つける可能性が低いピメトロジンやブプロフェジンのような化学物質をローテーションで使用するなど、道具を使い分ける必要があることを示唆しています。害虫が生き残るために使用する特定の酵素を理解し、それらの防御反応を引き起こしたり捕食者を傷つけたりしない化学物質を選択することで、生態系を破壊することなく害虫を管理することが可能です。この研究は、戦いは続いているものの、稲の田んぼの生産性を維持し、自然のバランスを保つための具体的な戦略が存在することを裏付けています。