要旨
金属汚染は個体サイズの減少を引き起こす可能性がある． また，単形アリにおいても，コロニー内・コロニー間の形態的多様性は，これまで考えられてきたよりもはるかに高い可能性がある。 本研究では、慢性的な金属汚染を示す有名な勾配に沿って、生殖段階にある44の若いコロニーから収集したLasius niger労働者の頭幅で表される体長を測定した。 体長分布曲線を記述する統計量、すなわち平均値、中央値、データレンジ、歪度、尖度を算出した。 これらの統計量はいずれも汚染度とは相関がなかった。 また、成熟コロニーを対象とした前回の研究とは異なり、若いコロニーのワーカーには汚染に関連した形態学的変化が見られなかった。 この結果は、金属汚染地域に生息する単弓類において、コロニーの発達段階が働き蜂の体サイズの多様化に重要であることを強調するものである。 はじめに
社会性昆虫の中には、コロニー内で異なる仕事をするために、形態的に異なる働き蜂の小集団を進化させたものがある。 しかし、ほとんどの種や属のアリは、行動的に柔軟な単一のワーカーキャストを維持している。 しかし，ほとんどの種・属の働きアリは，単一の形態でありながら，コロニー内外で働きアリのサイズにかなりのばらつきがある． このような変動は、一般にタスク割り当てに関係するには小さすぎると考えられていたが、最近の研究はこの主張を覆すものであった。 単型種 Temnothorax rugatulus の働き蜂は、巣の外で採餌する場合、巣内働き蜂よりも大きいかもしれない。 したがって、単型であることは必ずしも体格に関連した分業がないことを意味しない。 また、汚染されたストレス環境において、単型アリの体サイズはどの程度変化しうるのかという疑問もある。 野外調査や室内実験から、多くの無脊椎動物が金属汚染勾配に沿って体サイズを小さくしていることがわかった。 また、都市化勾配に沿って体長の著しい減少が観察されている。 しかし、他の多くの著者が示したように、体格と都市化や金属汚染圧力の関係はもっと複雑で、必ずしも単純な増加や減少として説明することはできない。
私たちの以前の研究では、金属汚染のよく知られた勾配に沿って単型アリLasius niger (L., 1758) の体格を分析した。 金属汚染勾配の増加に伴い、毒性や餌の制限の結果として体サイズが減少すると予想し、実験を行った。 その結果、平均体サイズは汚染度とは無関係であったが、比較的小さなアリの出現頻度が汚染度とともに増加することがわかった。 このように、体長分布の形状は環境ストレスに応答していると考えられるが、調査したアリは単形である。 また、近縁種のLasius flavus（Grześ、Okrutniak未発表）でも、中央値や平均値に変化はなく、比較的小さなアリが増加していることを発見した。 このような変化は、コロニー内のエネルギー的な制約によってもたらされているのではないかという仮説を提案した。 Lasius nigerの研究は、繁殖期、すなわち性キャストを集中的に生産する段階にあり、繁殖にエネルギー的コストがかかる成熟コロニーで実施された 。 3589>
本研究では、よく知られた汚染勾配に沿って位置するLasius nigerの若い巣（性鋳型を生産していない）44個を調査した。 体長（頭幅で表す）を測定した。 2.材料と方法
2.1.汚染勾配に沿った中心傾向や分布形状を表す統計量を比較した。 研究種と研究地域
クロヤマアリ(Lasius niger)は Palearctic area で最もよく見られる種の1つである. そのため、本調査では、この種のアリが最も多く生息していることを明らかにした。 本種は、農地、牧草地、荒れ地、都市部の緑地など、様々な人為的環境に生息している。 本種は単為結果性で、100から1万以上の働きアリを含む鉱物の巣を作る。 3589>
調査地は南ポーランドのOlkusz近辺である。 この地域の最も汚染された場所の腐植層における金属濃度は、亜鉛が9600 mg/kg、鉛が1500 mg/kg、カドミウムが80 mg/kgを超えている。 この地域で行われた以前の研究では、土壌中の金属濃度は互いに高い相関があることが示されました。 汚染勾配に沿って15ヶ所の調査地が設けられ、耕作放棄地と新鮮な草地が網羅されている。 調査地点は汚染源から 0.7 km から 35 km の範囲に設定された。 調査地点の金属濃度は、製錬所からの距離が長くなるにつれて減少し、製錬所から25 km以上離れた地点ではバックグラウンドレベルに近づいた。 調査地点は、放棄地（11地点）、刈り取られた草地（1地点）、産業廃棄物処理場（3地点）であった
2.2. 汚染度
各サイトの汚染度を生物学的に現実的な指標とするため、2011年夏の予備調査で各サイトで無作為に採取した無脊椎動物中のZnとCd濃度を分析した。 無脊椎動物中のZn濃度は、無脊椎動物中のCd濃度およびZnの全土壌濃度の両方と正の相関があった。 無脊椎動物中のZn濃度の最低値と最高値は、134 mg/kg乾燥重量（d.w.）と1,545 mg/kg乾燥重量（d.w.）を占めていた。 無脊椎動物および土壌中のZnとCd濃度の詳細と、調査地の植物学的特徴については、S1-S3, S5, S6, S8, S10-S12, S14-S19を参照されたい。 無脊椎動物中のZn濃度は汚染度の指標とした
2.3. 形態学的測定
種の同定は、. 15の調査地において、L. nigerの若いコロニーを3つずつ選んだ(15×3=45)。 ただし、1コロニーはサンプリング時のミスにより最終分析から除外された。 すべてのコロニーで性鋳型がないことを確認した。 各巣から無作為に働き蜂を採取し、測定まで-5℃で保存した。 アリの体長は目の上の最大頭幅(HW)で表わした。 頭幅の測定はすべて金属顕微鏡Met-153 (Motic, China) にデジタルカメラ (Huvitz, Korea) を接続し、50倍の倍率で行った。 頭部幅の測定は，Panasis, ver. 2.4.2、Huvitz を使用した。 測定精度を確認するため、30匹のアリを2回測定した。 1回目と2回目の測定結果には相関関係がある。 高い相関係数(, )は、測定の再現性が高いことを示している。 L. niger のアリでは、巣の体積はコロニーサイズにほぼ比例して大きくなるため、巣の底面積の直径をコロニーサイズの推定値として使用することができた。 本研究で用いたすべてのコロニーにおいて、マウンドの直径は10cmから47cmの範囲であった（中央値は19.0cm）
2.4. 統計処理
L. nigerの汚染レベルと体格の関係を調べるために、平均値、中央値、範囲、および尖度と歪度を含む頭幅の記述統計量を算出した。 これらの統計量はコロニーごとに計算され、サイトの汚染度（無脊椎動物中のZn濃度）と個別に相関が見られた。 各関係の有意性は、信頼水準95％の単純回帰（Statgraphics Centurion XV）を用いて検定し、その後、残差の正規性のチェックを行った。 アリは体長とコロニーサイズに相関がある。 そこで、汚染度と相関させる前に、コロニーサイズの影響を排除するために、各統計値はまずコロニーサイズと相関させた。 そして、その残差は汚染度に対して回帰された。 こうして、頭部サイズと汚染度の関係を検定する際には、コロニーサイズによって説明されない分散の割合のみを使用した。 また、1地点で3つのアリ巣を採集したので、擬似増殖の問題を避けるため、各統計の残差の値を平均した。 結果
平均頭部サイズは700から965μmであった。 頭部サイズはコロニー間で有意な差があった（一元配置分散分析, , ; 図1）。 各コロニーのサイズ分布は、st.歪度、st.尖度ともに正規分布で期待される範囲-2〜＋2であり、正規分布から大きく外れることはなかった。 統計量（平均値、中央値、範囲、歪度、尖度）は、サイトの汚染度と有意な相関はなかった（それぞれの場合、表1）。
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4. 考察
本研究の目的は、過去の研究でLasius nigerの成熟したコロニーで検出された小型アリの頻度が高いという偏りが、本種の若いコロニーでも起こるかどうかを検証することであった。 その結果、汚染勾配に沿って小型アリの割合が有意に増加することはなかった。 一方、大きなコロニーや成熟したコロニーでは、金属汚染の増加勾配に沿って、より多くの小アリを含むことが以前からわかっていた。 このように、調査したアリの体長分布の形状の変化は、コロニーの発達段階と関連しているようである。 また、前回と今回の研究では、同じ種、調査地域、測定方法を用い、コロニー数も同程度（, ）、コロニーあたりの個体数も同じ（, ）であった。 したがって、本研究における成熟コロニーと若齢コロニーの比較は必須であると考える。
微量金属汚染は無脊椎動物に対して様々な毒性を引き起こすことが知られている。 形態への影響を考えると、金属汚染は形態の奇形、発達の不安定性の増加、体サイズの減少を誘発する可能性がある。 一般に、金属が体長・体積に及ぼす悪影響には 3 つのメカニズムがあると考えられている。 (1) 活性部位にある酵素から必須金属が置換されることによる金属の毒性、(2) 無毒化のコストと成長・発達へのエネルギー配分のトレードオフ、(3) 汚染地域での食物入手量の制限。 本研究では、L. niger は汚染勾配に沿ってある種の形態学的変化を起こすが、その変化は成熟コロニーに関連し、若齢コロニーには関連しないと結論づけた。 この観察は、コロニーの発達とコロニー内のエネルギー配分に照らして説明できるかもしれない。
アリでは、その生涯においてコロニーの発達は主に3つの段階に区別される。 コロニー創設」と呼ばれる第一段階は、成虫がいないことが特徴で、存在する成虫は卵を産む女王のみである。 この段階のコロニーの発達は、外部の食物資源にはほとんど依存しないが、女王の脂肪蓄積量には大きく依存する。 次のコロニー発達段階であるエルゴノミクス段階への移行の瞬間は、最初の働き蜂の脱皮である。 この段階では、女王は専ら産卵に専念し、働き蜂はブルードの世話に専念する。 その結果，この段階では，コロニーへのエネルギー投入は，繁殖や分散よりもコロニーの成長に充てられる． 成虫数が一定量に達すると、処女女王と雄の生産が始まり、コロニーは生殖段階に入る。 そのため，若いコロニーではワーカーの飼育に資源を割り当て，コロニーの成長を促すが，成熟したコロニーでは新世代のワーカーと性カーストでエネルギーを分配しなければならない。 生殖段階にある成熟コロニーでの雌雄の飼育は，同じ生殖段階にある若いコロニーでの労働者の飼育よりも，より多くの労力を必要とする可能性が高い。 Tschinkelは、Pogonomyrmexアリの労働者が7月に行われるオス・メスの摂食期に20％の脂肪を失うことを観察している。 したがって，若いコロニーではなく，成熟したコロニーで観察される小型労働者の割合の増加は，性器を集中的に生産する際のエネルギー制限の影響かもしれない
5. 結論
我々は，L. L.の若いコロニーにおいて，汚染に関連した比較的小さな働き蜂の割合の増加を見いだせなかった。 は、成熟コロニーで行われた過去の類似研究と同様であることがわかった。 本研究の結果は、単弓型アリLasius nigerの体長分布が、金属汚染とコロニーの発達段階の相互作用の結果としてシフトしている可能性を示唆するものである。 3589>
Conflict of Interests
The authors declare that is no conflict of interests regarding the publication of this paper.
Acknowledgement
The National Science Centre (NCN), based on decision DEC- 2011/01/D/NZ8/00167.
本研究は，DEC/2011の支援により実施されたものである．