1. おなじ 山の おなじ 夜に、ちがう ふかさが ある?
1. 同じ山の同じ夜に、ちがう冷やし方が並んでいた
1. 同じ夜の同じ山で、体温の「止め方」がちがう種がいた
ペルーの 標高 3,800メートルの 山で、研究する 人たちが 6しゅるいの ハチドリを しらべました。夜の きおんは 2.4℃から 5.9℃ぐらい。とても さむい 夜です[1]。
しらべると、しゅるいに よって、ひやし かたが ちがいました。ある しゅるいは、きおんが さがっても、体の おんどを 8℃ぐらいで とめて いる ように みえました。べつの しゅるいは、きおんに あわせて、ずっと さがり つづけました。まわりと 体の おんどの ちがいは、へいきんで 1℃も ありません[1]。
たとえば、へやの だんぼうを 思いうかべて ください。「ここまでは さげない」と おんどを きめて ある へやは、そとが さむく なっても、ほぼ 同じ おんどに なります。だんぼうを きって ある へやは、そとの さむさに ついて いきます。ただし ほんとうは、鳥の 体に ボタンが ある わけでは ありません。「8℃で とめて いる ように みえる」という、研究する 人の 見かたです。
では、あたたかい ところの ハチドリは、どうでしょう。つぎの しょうで みて みます。
ペルーのアンデス、標高およそ3,800mで、研究者たちは6種26羽のハチドリの夜の体温を測りました。夜の気温は2.4〜5.9℃でした。調べた6種はすべて、深い休眠(トーパー)に入りました[1]。ところが、その深さの「決まり方」は種によってちがいました。
Colibri coruscans という種は、気温が下がっても、約8℃の体温を守っているようにみえました。一方、Metallura phoebe(クロテリオハチドリ)は、調べた気温の全範囲で気温に合わせて下がり、体温と気温の差は平均0.87℃しかありませんでした。体温を守る設定値がない、とみられる唯一の種です。平均の最低体温は5.13℃でした[1]。
部屋の暖房にたとえると、前者は「設定温度つき」、後者は「暖房を切った部屋」です。設定温度つきの部屋は、外が寒くなっても室温がある温度で止まります。切った部屋は、外気に引きずられて下がります。ただし本当は、鳥の体にスイッチがあるわけではありません。「appeared to(〜のようにみえる)」という、著者らの控えめな推定です。
同じ山の同じ夜なのに、なぜ止め方がちがうのでしょうか。まず、気温の高い低地ではどうなっているのかを見てみます。
Wolf らは、ペルー・アンデスの標高約3,800 mで、6種26羽の夜間体温を測った。夜の気温は2.4〜5.9℃で、全種が深い休眠を使った。注目すべきは、同じ山で同じ夜に、体温の「止め方」が種ごとにちがったことだ[1]。
Colibri coruscans は、約8℃の設定値を守っているようにみえた。それに対し Metallura phoebe(クロテリオハチドリ)は、気温の全範囲で体温が気温に従って下がり(体温−気温の差は平均0.87℃)、守る設定値の兆候がない唯一の種だった。平均の最低体温は5.13℃である[1]。
ここで注意が要る。C. coruscans の「守る」は appeared to という推定にとどまり、断定ではない。しかも、いちばん低い3.26℃は M. phoebe の1羽の最低値で、26羽の全個体が下がったわけではない[1]。それでも、同じ気温の夜に「止める鳥」と「従う鳥」が並ぶなら、深さは気温だけでは決まらない。
では、気温が高い低地では、体温の止め方はどうなっているのか。次に、ブラジルの測定を見る。
2. あたたかい ところの ハチドリは、どこで とめるの?
2. 低地のハチドリは12〜20℃で止め、さらに冷えると熱を作る
2. 低地では12〜20℃で止める ── 冷えすぎれば熱を作って守る
ブラジルの 南東の、標高 700メートルぐらいの ところで、ハチドリが しらべられました。ねったいの ハチドリは、夜の 休眠中に、体の おんどを 12℃から 20℃の あいだで まもる ことが あります[2]。アンデスの 5℃より、ずっと あたたかい ままです。
もっと ふしぎな ことが あります。きおんが さらに さがると、ハチドリは 体を ふるわせて、ねつを つくり、その おんどを まもりました[2]。ねて いる のに、ひやしすぎない ように、がんばって いる のです。
これは ブラジルの 研究で わかった ことです。あたたかい ところの ハチドリ ぜんぶが 12℃から 20℃で とまる わけでは ありません。
さむい 山の ハチドリと、あたたかい ところの ハチドリでは、「とめる おんど」が ちがう ようです。それは 山が さむいから だけ なのでしょうか。つぎに、ハチドリの しゅるいの ちがいを みます。
ブラジル南東部(エスピリトサント州、標高約700m)では、8種のハチドリが調べられました。総説によると、これらの種は夜の休眠中、12〜20℃の体温を「守って」いました。気温がそれより下がると、体は熱を作って、その体温を保ちます[2]。
体を守る熱の出し方も、ふしぎです。休眠に入るときの代謝の下がり方は、体温が下がることで受け身に起こる低下で説明でき、少なくとも調べた種では、代謝を能動的に抑える必要はない、と考えられています[2]。つまり、冷えるのは「下げる」というより「熱を作るのをやめる」結果で、守る体温に近づくと、今度は熱を作って止めます。
これは、標高約700mで調べた8種の結果です。熱帯の低地のハチドリがすべて12〜20℃で止まる、という意味ではありません。パナマの低地では、6種37羽がすべて休眠を使い、気温28℃以上でも休眠に入った、という別の研究もあります[3]。
同じ「守る体温」でも、アンデスの約8℃と、ブラジルの12〜20℃では差があります。これは標高のちがいだけなのでしょうか。それとも、ハチドリの種のちがいもあるのでしょうか。
低地ではどうか。Bech らの総説は、ブラジル南東部(エスピリトサント州、標高約700 m)の8種が、夜の休眠で12〜20℃の体温を「守る」と述べる。さらに気温がそれより下がると、体は熱を作り、守る体温を維持する[2]。つまり、休眠の最中にも体温調節は働いている。
休眠への入り方にも特徴がある。休眠に入るときの代謝の低下は、体温が下がることによる受け身の効果(Q10効果)で説明でき、調べた種では能動的な代謝の抑制は必要ないと考えられている[2]。冷えるのは、熱を作るのをやめた結果で、守る体温に近づくと、今度は熱を作って止める。それなら、止める位置こそが深さを決める。
ただし、この12〜20℃は標高約700 mの8種の結果で、熱帯の低地のすべてのハチドリに当てはまるわけではない。パナマの低地では、6種37羽がすべて休眠を使い、気温28℃以上でも入った[3]。暖かい場所でも休眠は広く使われているが、深さの数字は要旨だけでは分からない。
アンデスの約8℃(推定)とブラジルの12〜20℃を、標高のちがいだけの結果と考えてよいのか。種や系統のちがいは、どう効いているのか。次に、同じ山の種どうしの比較に戻る。
3. ちがいを きめて いるのは、山? それとも 鳥の しゅるい?
3. 山のちがいか、種のちがいか ── 親戚が似ているという手がかり
3. 場所か系統か ── 最低体温に系統の影響がみられる
おなじ 山の おなじ 夜でも、ハチドリの しゅるいに よって、ひえかたが ちがいました。もし 山の さむさだけが きめて いるなら、ぜんぶ おなじ ように ひえる はずです[1]。
研究した 人たちは、「しんかで うけつがれた、しゅるいごとの ちがいが きいて いる」と かんがえました。しんかで うけつがれた とは、むかしの 親せきから、ひきついだ という ことです[1]。
とくに、コケットと よばれる なかまの ハチドリは、体の おんどが ひくく、ねむりが 長い ことが 多かった ようです[1]。
ただし、おなじ しゅるいの ハチドリを、高い 山と ひくい ところで くらべた じっけんでは ありません。「山だけ」「しゅるいだけ」と いいきる ことは できません。
もし山の寒さだけが体温を決めているなら、同じ山の同じ夜に、種のちがいは出ないはずです。ところが、最低体温は種によってちがいました。Wolf らは、この種のちがいに、進化でたどる系統(親戚関係)の影響が有意にあるとみました。最低体温の Pagel's λ(系統の影響の強さを表す値)は0.620です[1]。
とくに、コケット(coquette)と呼ばれる系統の3種(Oreotrochilus melanogaster、Polyonymus caroli、Metallura phoebe)は、体温が低く、休眠が長い傾向がありました[1]。著者らの結論は「深い休眠はアンデスの高地のハチドリでふつうに使われるが、進化で受けつがれた種のちがいが、その深さに効く」というものです。
ほかの記録もあります。Oreotrochilus estella では、約6.5℃(1羽は5.0℃)が以前から報告されていました。O. melanogaster と M. phoebe は、ハチドリでこれまでの最低とされます。鳥の休眠中の体温は、ふつう寒い夜の気温に近づきます[1]。
注意点は、これが同じ種を高地と低地で比べた実験ではないことです。標高の効果と系統の効果を、きれいに切りはなすことはできません。「標高だけで決まる」とも「進化だけで決まる」とも言えません。
では、同じ種の中で、体の大きさや気温の影響はどうなのでしょう。次の章で見てみます。
標高だけが原因なら、同じ山の同じ夜に、種ごとの差は出ないはずだ。ところが最低体温は種でちがい、系統の影響が有意だった(最低体温の Pagel's λ = 0.620)。λは0〜1の値で、1に近いほど、親戚どうしが似る傾向が強い[1]。
具体的には、coquette 系統(Oreotrochilus melanogaster、Polyonymus caroli、Metallura phoebe)で体温が低く、休眠が長い傾向があった。著者らは、深い休眠はアンデス高地のハチドリでふつうだが、進化で受けつがれた種のちがいが深さに効く、と結論した[1]。以前の記録にも一致する。Oreotrochilus estella では、約6.5℃(1羽は5.0℃)が報告されていた[1]。
とはいえ、λが示すのは「種のちがいに系統の影響がある」ことで、「系統が全部を決める」ことではない。しかも、同じ種を高地と低地で比べた実験ではないので、標高の効果と系統の効果を切り分けることはできない。「標高だけ」「進化だけ」と書けないのは、そのためだ。
ここまでで、深さには「守る体温(設定値)」「系統」が効くことが見えた。残るのは、体の大きさと気温の条件だ。
4. 体が 小さい ほど、ふかく ひやすの?
4. 体が小さい鳥ほど、寒いときに長く、深く冷やす
4. 体の大きさと気温 ── 条件がそろったときだけ効く
パナマの あたたかい 場所で、6しゅるい 37わの ハチドリを しらべた 研究が あります。ぜんぶの ハチドリが、トーパーに 入りました。きおんが 28℃より 高くても 入った ことが ありました[3]。
体の おもさが かるい ハチドリほど、ふかく、長く ひやす ようでした。1円玉が 1グラムです[3]。
もう 1つ、コロンビアの 山で 29しゅるい 249わを しらべた 研究が あります。小さい 鳥は トーパーを つかいやすい けれど、それは きおんが ひくい ときだけでした。そのとき、ねむりも 長く なりました[4]。
つまり、小さければ いつも ふかく ひやす わけでは ありません。体の 大きさと さむさが 合わさった ときに、ひやす 時間が 長く なる ようです。
パナマの低地で、6種37羽が調べられました。すべての種が休眠を使い、気温28℃以上でも休眠に入りました。体重は深さと長さの最良の予測因子で、小さい個体ほど深く、長く休眠しました[3]。
ただし、小ささだけでは決まりません。コロンビア西アンデスの、標高差1,920mにわたる29種249羽の調査では、小さい鳥は大きい鳥より休眠を使いやすいものの、それは気温が低いときだけで、そのとき休眠が長くなりました[4]。使い方は、体の状態と系統でも変わるという結論です。
体重の小さい鳥ほど、同じ気温でも体温を保つ出費が大きくなりやすいので、休眠で得する量も大きくなるのでしょう。ただし、この因果は資料が直接述べるものではなく、私たちの推測です。
体の大きさ、気温、系統。これらがからみあうと、休眠の深さを1つの原因で説明するのはむずかしくなります。それでも、冷やす深さの背景にある「ねらい」が見えてきます。節約の本当の主役は、深さなのでしょうか。
パナマの低地では、6種37羽がすべて休眠を使い、気温28℃以上でも入った。体重は深さと長さの最良の予測因子で、小さい個体ほど深く、長く休眠した[3]。体が小さいほど、体温を保つ出費が相対的に大きいので、休眠による節約の価値も大きいと考えられる(資料が直接述べるのではなく、この記事の推測である)。
ところが、小ささがいつでも効くわけではない。コロンビア西アンデスの標高差1,920 mに沿った29種249羽の調査では、小さな鳥は大きな鳥より休眠を使いやすかったが、それは低い気温のときだけで、そのとき休眠は長くなった。休眠の深さと使い方は、体の状態と系統でも変わる、というのが著者らの結論だ[4]。体の大きさは、条件つきの要因である。
これまでに、守る体温の位置、系統、体の大きさと気温が、深さを左右することが分かった。では、深く冷やしたほうが得ではないのか。その疑問に、最初の問題が戻ってくる。
5. ふかく ひやす ほうが、とくでは ないの?
5. 体温が約20℃ちがっても、節約は似ていた ── 深さより長さ
5. 深さより長さ ── 20℃のちがいで節約が似る理由
ペルーの 高い 山の ハチドリと、ブラジルの ハチドリを くらべると、休眠中の 体の おんども、きおんも、20℃ぐらい ちがいました。それなのに、ひとばんの 体の おもさの へりかたは、にて いました[1]。
体の おもさの へりは、エネルギーを どれだけ つかったかを かんがえる めやすです。ふかく ひやして いるのに、ほとんど 同じだけ しか せつやく できて いない ようです。
研究する 人は、さむい ところでは、あさ 体を あたため なおす ときの エネルギーが 大きいからでは、と かんがえて います[1]。あさの あたため なおしは、1ぷんに 1℃から 1.5℃ぐらいの はやさです[1]。0℃近くから 30℃ぶん あげるなら、いちばん はやくても 20ぷんから 30ぷん かかります(この きじの けいさんです)。
ひとばんの 休眠の 長さは、しゅるいの へいきんで 5.7じかんから 10.6じかん。1わごとでは 2.3じかんから 12.9じかんまで ばらつきました。長く ねむった ほど、体の おもさは へりにくい ようでした[1]。
だから、せつやくを きめる 大きな ものは、「どれだけ ひやすか」より「どれだけ 長く ひやすか」らしい のです。
最初の問いに戻ります。深く冷やすほど得なら、体温が約20℃ちがう高地と低地で、節約が同じ大きさになるのは不思議です。Wolf らは、両方のハチドリ群で、一晩の体重の減り(エネルギー節約の目安)が似ていたと報告しています。寒いほど、朝に体を温め直すコストが大きいためだろう、と著者らは推測しています[1]。
数字で見ましょう。再加温の速さは、最速で毎分約1〜1.5℃でした。体温を30℃分上げるなら、最速のペースが続いたとして、30÷1.5=20分から30÷1=30分かかります(この記事の計算で、実際の速さは変わります)[1]。
一晩の節約には、深さより休眠の長さが関係するようです。一晩の体重の減りは、体温30℃未満の休眠の長さと負に相関しました。休眠時間は、種の平均で5.7〜10.6時間、個体では2.3〜12.9時間とばらつきました[1]。長く冷えた個体ほど、減りは小さくなります。
パナマの低地では、一晩の体重の減りが約8〜10%でした。著者は、高地の研究では約4%と報告されていたと比べ、それより大きいと述べています。夜が暖かいと、休眠の利益は限られるのかもしれない、と著者は述べています[3]。比べた研究は別なので、数字は目安です。
だから、深さを決める要因が複数あっても、節約に効く主役は「どれだけ長く続けるか」に近いのです。
ここで最初の疑問に戻る。体温も気温も約20℃ちがうのに、高地(ペルー)と低地(ブラジル)で、一晩の体重の減り(エネルギー節約の目安)が似ていた。Wolf らは、寒い環境では再加温のコストが大きいためだろう、と推測している[1]。同一条件の実験ではなく、著者らの比較である点に注意したい。
再加温の最速値は毎分約1〜1.5℃だった(P. gigas で約1℃、A. cupripennis で約1.5℃)[1]。体温を30℃分上げるなら、30÷1.5=20分から30÷1=30分以上かかる計算になる(この記事の概算)。深く冷えるほど温め直しにかかる時間と熱が増え、深さで得た分の一部が相殺される。
節約を決める鍵は、むしろ長さにあった。一晩の体重の減りは、体温30℃未満の休眠の長さと負の相関を示し、休眠時間は種平均で5.7〜10.6時間、個体で2.3〜12.9時間だった[1]。長く続けた個体ほど、体重の減りは小さい傾向があった。
低地の測定にも手がかりがある。パナマの6種では、一晩の体重の減りが約8〜10%で、高地の研究では約4%と報告されており、それより大きかった。著者は、夜が暖かいと休眠の利益が限られるかもしれないと述べるが、研究ごとに条件が異なり、推測の域を出ない[3]。
以上から、深さを左右する要因は、守る体温の位置、系統、体の大きさと気温の組み合わせで、節約を決めるのは、そのうえでどれだけ長く続けるかに近い。ただし、標高と系統の効果を同一種で比べた実験はなく、4つの要因の寄与の大きさは、今の資料では決められない。
6. おなじ ハチドリで くらべたら どうなるの?
6. 「同じ種を高さで比べたら」という問いが残っている
6. 論文の「図」を読み比べる ── 標高と系統を切り分ける問い
この きじでは、「ふかさは なにで きまるの」に、1つの こたえは だせませんでした。そもそも、おなじ ハチドリを 高い 山と ひくい ところで くらべた 研究では ありません。それが あれば、もっと はっきり するはずです。
ペルーの 研究は、だれでも ただで よめます。おとなと いっしょに ひらいて、「8℃」と「5.13℃」という すうじが どこに でて くるか、さがして みませんか。しゅるいごとに、グラフが ちがう ところも みられます。
しらべた もとの じょうほう
参考にした情報源
参考にした情報源と、その使い方
出典について:アンデスの野外測定、ブラジルの総説、パナマの低地の研究、コロンビアの標高傾度の研究を使った。数字は、何に使ったかを各項目に書いた。パナマとコロンビアの2研究は要旨による。
- Wolf BO, et al. "Extreme and variable torpor among high-elevation Andean hummingbird species", Biology Letters 16:20200428 (2020). https://repository.up.ac.za/handle/2263/82850 (アンデスの6種の体温、種ごとの守り方のちがい、系統の影響、再加温の速さ、休眠の長さと体重の減りについて)
- Bech C, et al. "Metabolic aspects of torpor in hummingbirds", Acta Zoologica Sinica 52 (Suppl):397-400 (2006). https://clabec.folk.ntnu.no/pdf/publ/Bech%20et%20al%202006%20AZS%20Metabolic%20aspects%20of%20torpor%20in%20hummingbirds.pdf (ブラジルの標高約700mの8種の体温12〜20℃、休眠に入るときの代謝について)
- Pollock HS, et al. "Widespread torpor use in hummingbirds from the thermally stable lowland tropics", Physiological and Biochemical Zoology (2023). https://umimpact.umt.edu/en/publications/widespread-torpor-use-in-hummingbirds-from-the-thermally-stable-l/ (パナマの低地の6種37羽、体重と休眠の深さ・長さ、体重の減りについて。要旨による)
- Revelo Hernández AF, et al. Proceedings of the Royal Society B (2023). https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2022.2099 (コロンビアの標高差1,920mの29種249羽で、小さい鳥の休眠が低い気温のときに長くなることについて。要旨による)
なおした ところ
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