Abstract

Competition is major force as shaping spatially and/or temporarily foraging colonies.アリは採餌活動を空間的・時間的に変化させることができる。 特にコロニー間の干渉競争はアリに広く見られる。干渉競争は、直接的に戦闘によって、あるいは間接的にコロニーの採餌場所を隔離することによって、競合相手が資源に物理的にアクセスできなくすることができる。 干渉競争がアリの分布に及ぼす影響についてはよく研究されているが、干渉競争の根底にある行動メカニズムについてはあまり調べられていない。 また、攻撃的な出会いを経験したアリがどのように探索パターンや採餌場所の選択を修正するかについては、ほとんど知られていない。 本論文では、アブラムシを捕食するアリLasius nigerが外来種の存在に対して、個体レベルでは直接的な攻撃行動と、戦いの周辺での局所的な勧誘によって反応することを示した。 しかし、コロニーレベルでは、攻撃的な出会いが起こった「危険な」場所は、その後の探索や餌の採取の際に特に回避されることはなく、防御的な勧誘は行われない。 干渉競合に対する感受性の種間差は，危機に瀕した餌資源の空間的・時間的予測可能性とどのように関係しているのかを議論した

1. はじめに

競争は一般的にアリ群集の分布と豊度のパターンを構造化する主要な力と考えられている。 アリには搾取による競争と干渉による競争の両方が見られる。 搾取的競争とは、ある種、あるグループ、ある個体が、潜在的に限られた資源を見つけ、迅速に搾取し、それによって競争相手がそれを利用できなくする能力であると定義される。 一方、干渉による競争とは、他の採餌者を妨害したり攻撃したりすることで直接的に、あるいは縄張りを限定して採餌場所から競争相手を排除することで間接的に、資源への物理的アクセスを阻止する能力であると定義される。 妨害競争は特にアリに広く見られる。 実際、多くのアリ種が何らかの形で縄張り意識を持ち、あるコロニーの働きアリは同種または異種の他のコロニーからの侵入者を容易に攻撃する。

アリの干渉遭遇時に示す攻撃性のレベルは、エネルギー・時間の損失、負傷、あるいは死亡といった発生リスクとともに、競合相手が属する種、競合相手に慣れている程度、競合相手の数などの様々な要因によって調整することが可能である。 さらに、遭遇する場所や資源の種類、質によって攻撃的な行動の強さが決まります。 侵入者に遭遇すると、警報フェロモンの放出、振動刺激、運動ディスプレイを伴うかどうかにかかわらず、直ちにあからさまな攻撃を開始する。 また、攻撃する代わりに後退し、遭遇した場所に巣を作ることもある(Oecophyla ; Pheidole ; Atta )。

長い時間スケールでは、干渉による競争は、攻撃的遭遇の場所を回避するアリ労働者の探索パターンを変更することができる。 同様に、アリは餌場に関連する傷害や死亡のリスクに応じて餌の獲得行動を調整することができる。 アブラムシを捕食するアリLasius nigerに関しては、以前の食物経験が探索行動に影響を与えることが知られているが、この行動や食物搾取のダイナミクスが以前の競合相手との経験によって影響を受けるかどうかは分かっていない。 そこで、我々はLasius nigerの働き蜂が、コロニーのホームレンジに同種の侵入者があった場合に、どのような反応を示すのかを調べた。 すなわち、侵入者に接触した働きアリは、その場で、あるいは巣の中で、侵入者の制圧を助けるために巣の仲間をリクルートするかどうかを検証した。 また、アリが外来種と遭遇した場所を避けるために、その後、探索行動や食物利用行動を変化させるかどうかを調べた。 研究種と飼育条件

実験は2010年9月にブリュッセル大学構内（北緯50.5°、東経4.2°、ベルギー）で採集したLasius nigerの3コロニーで実施した。 採集した4つのコロニーはいずれも女王不在のコロニーで，1,000から2,000頭の働き蜂と子虫を含んでいた。 コロニーはFluonで壁をコーティングしたプラスチック製の箱に入れられ，一端を綿で塞いだ水槽のある試験管に営巣した。 また，純水または0.6 Mスクロースを満たした試験管に自由にアクセスできた． また、2日おきにミールワーム（Tenebrio molitor）幼虫の断片を摂取させた。 実験室の温度は22℃前後に保たれ、室内は12 : 12 L : Dの体制で照明された

2.2. 実験セットアップ

実験中、コロニーの入った箱は発泡段ボールで作ったT字橋（幅：2cm、各枝の長さ：10cm）で2つの採餌場（1辺6cmの正方形の台）に接続した。 採餌場の周囲は、実験中にアリが落下しないように、フルオンを塗布したプレキシグラスの壁（高さ：2cm）で囲った。 橋と採餌場は簡単に交換できる白い紙で覆い、アリが前回の実験で残した薬液の跡を利用できないようにした

2.3. 実験プロトコール

実験は4つの連続した段階に分けられた（図2）。 実験の第一段階は15分間で、アリによる橋と採餌台の自発的な探索で構成されていた。 この段階を経て、30分間の対決段階が行われ、異種コロニーの働きアリ（常に同じコロニーに属する）が左または右のプラットフォームに導入された（位置は複製間で交互に変更された）。 L. nigerの巣材認識は多くのアリ種と同様、クチクラ炭化水素に基づくものであり、ワーカーは一般に異コロニーからのワーカーに接触すると強く反応する。 そのため、アリの巣の中にいるアリを全て鉗子で捕獲し、巣箱に戻した。 その後、橋を覆っていた紙片を取り除き、新しい紙片と交換し、新たに15分間の探索を行った。 このように、蟻は異星人のコロニーから来た働き蜂に遭遇した場所の空間記憶だけが頼りとなる。 その際、0.6 Mスクロース溶液1 mLを入れたボトルキャップを各採餌台の中央に置いた。 実験の全段階は、橋の上方、2つのエリアにつながる分岐点の高さに設置したPanasonic WV-BP250 ビデオカメラで記録した。 各実験の開始前にコロニーを2日間飢餓状態にした。 ブリッジを覆う紙片は実験の各段階において変更しない。 L. nigerの歩行性働き蜂は、コロニーを探索する際に足跡からクチクラ化合物を敷き詰め、受動的にコロニーのホームレンジをマーキングする。 このため、橋は探索中にマーキングされた可能性がある。 このようなマーキングが、他のコロニーから侵入してきた共食い虫を攻撃しやすくすることが知られている。 ただし、実験中に残った匂いに影響されないように、実験ごとに白い紙片を交換した。 3つのコロニーで実験を行い、各コロニーについて7回の実験を繰り返した

2.4. データ取得と統計解析

実験の4段階において、橋の各枝の採餌場に向かって移動する蟻の流れを1分ごとに数えた。 さらに、実験のすべてのフェーズで各採餌場にいるアリの数を3分ごとに数えた。

実験の4つのフェーズにおける橋の上のアリの流れに対する我々の実験手順の影響を調べるために、我々は一般化線形混合モデル (GLMM) を用い、応答変数としてそれぞれの実験フェーズの持続時間の1分あたりのアリの流れの平均、実験フェーズは固定因子とした。 実験の異なるフェーズにおけるコロニー間のばらつき、および橋上のアリの流れにおけるコロニー内の複製間のばらつきは、それぞれコロニーおよびコロニー内に入れ子になった複製をランダム効果因子として考慮することによって説明された。 最初の探索フェーズで観察されたアリの流れと、実験の他の3つのフェーズで観察されたアリの流れを比較するために、処理対照を使用した。 統計モデルはMASS RパッケージのglmmPQL機能を用いた罰則付き準尤度法で、ガンマ分布の誤差で当てはめた。

アリが橋の2つの枝のうち1つを有意に好むかどうかを調べるために、実験の各複製について各枝上のアリの累積フローに対する二項検定（期待確率=0.5）を使用した。 各段階におけるアリの選択を比較するために、各段階において、アリの総流れのうち、対決段階で外来アリが導入されたプラットフォームにつながる橋の枝で観察された割合が与えられた複製数を計算した。 その後、異質性の検定を行い、分布を比較した。 最後に、外来アリに暴露された後、巣から危険なプラットフォームに向かうアリの流れの総和の割合の変化の符号を検討した。 そのため、スチューデントのペア検定を用いて、最初の探索段階とそれ以外の段階とで、各実験の複製内で、「危険な」枝（対決段階で異質な働き蜂が導入されたプラットフォームにつながる）を選択するアリの割合を比較しました。

すべての統計解析はR version 2.13.0 (R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, http://www.r-project.org/) で行った。 結果

コロニーの活動レベルには実験の段階とコロニーの両方の影響が見られた。 巣から出るアリの1分間あたりの平均流量は、実験の4つの異なる段階の間で実際に異なっていた（図1）。第1探索段階で観察された流量は、対立段階（、）で観察された流量よりも有意に高かったが、第2探索段階（、）および食物利用段階（、）と有意差はなかった（t = 0.377, 、）。 実験の異なる段階におけるコロニー間の変動は、コロニー内の複製間の変動よりも4倍以上重要であった。 図1に見られるように、コロニー2で観察されるアリの流量は、どの段階でもコロニー1や3より常に少なかった。

21複製中12複製において、アリは最初の探索段階において橋の一方の枝に対する有意な選好を示さなかった（二項検定、）。 また、橋の右側の枝を選択した。

対決局面において1つのプラットフォーム上に外来労働者を導入しても、この「危険」な領域へ向かうアリの1分あたりの平均流は増加も減少もしなかった(図2)。 21複製中11複製で、アリは橋の1つの枝を有意に好むことを示した（二項検定、）。 このうち、外来種ワーカーが導入されたプラットフォームにつながる枝は、6複製で選ばれた。 全体として、対決段階で観察された選択の頻度分布は、最初の探索段階で観察されたものと変わらなかった(, , )。 しかし、各複製で、危険なプラットフォームにつながる枝を選択するアリの割合がわずかながら有意に減少した（, ）。 橋の2つの枝における1分間あたりの蟻の平均流は、第1回探索段階とほぼ同じであった（図2）。 蟻は21個体中6個体で橋の一方の枝を優先的に選択した（二項検定、）。 また、この6つのうち2つだけ、アリは外来種ワーカーが導入された枝を選択した。 全体として、第2探索段階での選択の頻度分布は第1探索段階での頻度分布と変わらなかった(, , )。 また、第一探索段階でのアリの選択と比較して、危険なプラットフォームにつながる枝を選択する割合に有意な差は見られなかった（、）。 したがって、第2次探索段階での枝の選択は、外来労働者との闘争的な出会いが起こった場所に影響されなかった。

最後に、最後の食物搾取段階において、各採餌台上のアリの1分間あたりの平均流量は、橋の2つの枝で同様に増加した（図2）。 21のうち17の複製でアリは1つの枝を好み、8つの複製で外来種ワーカーが事前に導入された枝を好み、9つの複製で他の枝を好むことが示された。 これは、食物源に向かう痕跡の増幅特性から予想される結果である。 これは、食物源に向かうトレイル勧誘の増幅特性から予想される結果である。全体として、搾取段階で観察される選択の頻度分布は、最初の探索段階（, , ）で観察されるものと変わらなかった。 また、最初の探索段階でのアリの選択と比較して、危険なプラットフォームにつながる枝を選択するアリの割合に有意な差は見られなかった(, )。

採餌場の占有率に関しては、実験の段階によって深く変化した（図4）。 各エリアにおけるアリ数は、第1回探索フェーズの開始時に急激に増加し、10分目まででやや減少し始めた。 一方、対決実験では、安全地帯ではアリ数が横ばいで推移したが、外来アリが侵入した地点では急激に増加し、6分目でピークに達した。 平均すると、アリは安全なプラットフォームよりも危険なプラットフォームでより多く見られた。 実際、外来アリが存在すると、局所的な勧誘が行われた。侵入者は数匹の常駐アリに取り押さえられる一方で、他の巣の仲間から数回攻撃された。 第二次探索期には、両エリアとも第一次探索期と同程度の占有率が観察された。 最後に、餌の導入により当初は採餌者の数がわずかに増加したが、これは2つの採餌場で同様で、実験終了まで安定していた。

危険なプラットフォーム上の採餌者の割合の関数としての複製頻度分布（図5）は、侵入者の存在により引き起こされた局所防御的勧誘により、最初の探索段階と対決段階（、、）で有意差があった。 一方、占有面積の度数分布は、第一探索期と第二探索期（, , ）、第一探索期と利用期（, , ）で有意差はなかった。 議論

外来種との物理的接触や干渉は、巣から出るLasius nigerアリの流れの減少をもたらし、後者は危険な場所か安全な場所に等しく向いた（図3）。 そのため、巣で1匹の外来種に遭遇した働きアリは、巣から他の働きアリを呼び寄せて助太刀することはなかった。 一方、L. nigerの働きアリは、長距離での勧誘は行わなかったものの、闘争的な出会いの周辺では数を増やすという局所的な反応を示した（図4）：アリは危険区域に入るとすぐに侵入者を制圧しようとし始める。 このため、一時的に巣に戻れず、巣の仲間を増やすことができなくなった。 したがって、アリが危険区域に滞在する時間が長いことが、長距離の防衛的勧誘が行われなかったことの説明になると思われる。 しかし、外来アリは採食域に導入された当初から、常駐しているアリよりも数が多いので、そのような防衛的な勧誘は無意味であると考えることも可能であろう。 L. nigerでは、居住アリが侵入アリに圧倒されたとき、あるいは侵入アリに独占される可能性のある資源が危機に瀕したときなど、協力的な防衛が本当に有効なときに勧誘が行われるのか、興味深いところである。

対決段階の後、アリは侵入者との遭遇が行われた区域を避けることはなかった。 また、Formica xerophilaのワーカーが否定的な経験をした場所を避けるのとは異なり、L. nigerのコロニーは対立的相互作用を経験する前と後で同じダイナミクスと探索パターンを示した。 また、危険な場所に発見された餌を避けることも、餌の獲得強度を下げることもなかった。

第一に、一匹の外来種ワーカーが十分高い脅威とならなかったか、脅威への暴露時間が回避反応を引き起こすのに十分長くなかったと考えることができるだろう。 しかし、アルゼンチンアリLinepithema humileでは、異質な共産種との1回の3分間の遭遇は、1週間後までの遭遇で戦う傾向を増加させるという、長期的な効果を生み出すのに十分である。 同様に、Lasius pallitarsisでは、致命的となりうる1匹の敵との短時間の遭遇で、遭遇から18-24時間後でも関連する餌パッチを回避するよう誘導するのに十分である . このように、今回の実験ではL. nigerのアリには干渉競合を感知する十分な時間があった。侵入者はすぐには殺されなかったが、対決段階の30分の間に数匹の常駐労働者によって物理的に攻撃されたのである。 しかし、L. nigerの働きアリは、空間記憶がよくできることが知られている。 例えば、Grüter らは、我々の実験と同様の T-bridge を用いて、餌場を一度訪れただけで、ほとんどの L. niger の働きアリが、視覚的ランドマークに基づいてのみ、餌場と関連する枝に方向を定めることができることを示した

第三に、周囲の競合リスクに合わせて探索・採餌・防御戦略を調整するアリの種の能力は、自然選択圧を受けていると考えられ、その生態に強い相関がある

。 具体的には、干渉的な競争相互作用によって、危機に瀕している食物資源の特性に応じて、異なる縄張り戦略や採食戦略が導かれる可能性がある。 例えば、餌や種子パッチなど、時間的・空間的に変動する餌資源は、いくつかのアリ種によって利用されている。 このような資源は一時的にしか入手できないため、絶対的な縄張りを維持することはコストがかかり困難である。 したがって、競合圧力に対する高い感受性は、はかない資源を利用するアリに適しており、探索・食物利用行動を柔軟に調整することで、競合する近隣コロニー間の食域の重複を低減することができると思われる。 アブラムシのコロニーは、餌や種子パッチとは対照的に、安定した再生可能な資源を提供する。 アリは日々の活動を維持するために絶えずハチミツから糖質を必要とするため、L. nigerのようなアブラムシ給餌アリは、たとえ競合のリスクがある場合でも、こうした資源へのアクセスを維持する必要があるのだ。 このように、アブラムシ給餌アリは時間的な干渉や競合の影響を受けにくく、採餌場の安定化を優先している可能性がある。 L. nigerは競合相手との接触が避けられない環境に生息しているため、アブラムシ資源の防衛はアブラムシのコロニー近辺や採餌路などの重要な場所で、局所的にアゴニスト行動を強化することによって達成される可能性がある。

攻撃行動はエネルギー、時間、身体的傷害の点でコストがかかるため、競争圧力に関する情報はコロニーレベルで統合され、コロニーの探索・採餌戦略を形成する必要がある。 しかし、このような情報の統合はアリの種によって異なり、L. nigerは限定的な干渉競争に過去にさらされたことに対する感度が弱いことが本研究で明らかになった。 このようなアリの意思決定過程を十分に理解するためには、アリの種特異的な反応について、異なる文脈、例えば、対象となる資源の質が異なる場合などに調査する必要があると思われる。 実際、自然界では食糧資源は時空間的に利用可能であると同時に、そのリスクも異なるため、コロニーは複雑な判断を迫られる可能性がある。通常の競争条件下では報酬の得られる場所を独占し、生息域の高い空間的柔軟性を通じて危険な場所を回避するというトレードオフの関係が必要なはずである。

Disclosure

著者らは、本論文で言及されたいかなる商業的アイデンティティとも直接的な金銭的つながりを持たないことを宣言する。

謝辞

この研究は、UMR CNRS 5169 (University Toulouse III) と社会生態学ユニット (ULB) 間の PICS 交換プログラム (2008-10) と、ベルギー国立科学研究基金の FRFC Grant 2.4600.09 によって資金を提供されたものです。 D. Claireはベルギー国立科学研究基金のシニアリサーチアソシエイトである

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