ハチドリの極端なライフスタイルの背後にある秘密を解明する

誰もがハチドリを見るのが大好きです。ハチドリは、飛び回り、花にホバリングし、餌箱の所有権を勇敢に守る、小さくて明るい色のぼかしです。

しかし、ハチドリを研究する科学者にとって、ハチドリは単なる面白い光景以上のものを提供します。その小さな体と猛烈な新陳代謝により、彼らはナイフの刃のような生活を送っており、夜を生き延びるのに十分なエネルギーを節約するためだけに、時には体をほぼ完全にシャットダウンする必要があり、時には外洋を何千マイルも移動する必要があります。

彼らの蜜が豊富な食事は、人を昏睡状態に陥らせる血糖値を上昇させます。そして、彼らの高速ズーム飛行は、戦闘機のパイロットを失神させるほどの強い重力加速度を発生させることがあります。研究者が調べれば調べるほど、鳥類界最小のその小さな体の中には、さらに多くの驚きが潜んでいるのです。

「彼らは、逆さまや後ろ向きに飛行できる世界で唯一の鳥です」とワイオミング大学の保全生態学者ホリー・アーネストは言う。 「彼らは純粋な砂糖を飲みますが、糖尿病で死ぬことはありません。」

アーネストは、ハチドリがそのライフスタイルの極端な要求にどのように対処するかを研究している少数の研究者の一人です。ここでは、ハチドリの独特の適応について科学者が学んだことの一部を紹介します。

仕事に取り組む

何年もの間、ほとんどの研究者は、ハチドリは花から花へ飛び回ったり、蜜をがぶ飲みしたりするというエネルギーを大量に消費する活動に一日のうち約 30 パーセントだけを費やし、残りのほとんどの時間は休んでいると考えていました。しかし、生理生態学者のアヌシャ・シャンカールが詳しく観察したところ、彼らはそれよりもはるかに一生懸命働いていることが多いことがわかりました。

現在、インドのハイデラバードにあるタタ基礎研究所のシャンカール氏は、アリゾナ州南部のハシバシハチドリがどのように日々を過ごしているのかを解明しようとした。彼女は実験方法を組み合わせて、さまざまな活動中の鳥の代謝率を測定し、一日の総エネルギー消費量を推定しました。以前に公開されたデータを追加して、シャンカール氏は、鳥が時間を過ごすための基本的に 3 つの選択肢である、とまる、飛ぶ、ホバリングの 1 分あたりのエネルギーコストを計算することができました。

次に彼女は、鳥が 1 日のうちに餌を食べるのと止まっているのにどれくらいの時間を費やしたに違いないかを推測しました。

「最終的に、それは非常に変わりやすいことが分かりました」とシャンカール氏は言います。花が豊富に咲く夏の初めには、鳥はわずか数時間の餌やりで日々のエネルギー需要を満たし、1日の70パーセントを止まっているだけで過ごすことができる、と彼女は発見した。しかし、夏のモンスーンの雨が到来し、花が少なくなると、ある場所の鳥は起きている時間のわずか20パーセントに止まって、残りの時間を採餌に費やしました。

「それは1日13時間です！」シャンカールは言う。 「1日13時間をランニングに費やすことは不可能です。彼らがどうやってやっているのか分かりません。」

マジで冷える

ハチドリには、エネルギーの蓄えを取り戻すためのコツがあります。鳥がエネルギー切れの危険にさらされると、夜になると昏睡状態になり、体温が周囲の空気の温度に近くまで下がり、場合によってはわずか数度高いこともあります。凍える。昏睡状態の間、この鳥はほぼ昏睡状態に見え、刺激にすぐに反応することができず、断続的にしか呼吸していません。この戦略により、寒い夜の時間当たりの代謝コストを最大 95% 節約できるとシャンカール氏は試算した。雷雨の後など、鳥の餌が通常より少ない日が続いた後は、これが不可欠になる可能性があります。また、鳥が移動前に脂肪を蓄えるためのエネルギーを節約するのにも役立ちます。

シャンカール教授は現在、ハチドリが欠かせない遺伝子産物を調べることで、昏睡状態のときにハチドリの生理機能のどの部分を優先するかを研究している。 「あなたが通常の代謝の 10 パーセントで機能しているハチドリだとしたら、その 10 パーセントがあなたを生かしているのは何でしょうか?」彼女は尋ねます。

鳥類が手付かずのまま残していると思われる遺伝子セットの 1 つは、体内時計を司る遺伝子セットです。 「彼らが昏睡状態にあるときに、適切なタイミングで物事を行うことが重要です」とシャンカール氏は言う。たとえば、鳥たちはその日を迎える準備をするために、日の出の約 1 時間前、目に見える光の合図よりかなり前に、昏睡状態から目覚め始めます。

砂糖に対処する

非常に高い代謝率を促進するために、ハチドリは毎日体重の約 80% の蜜を吸います。これは、体重 150 ポンドの人が 20 オンスのコーラを毎日 100 杯近く飲むのに相当し、ネクターはソーダよりもはるかに甘いことがよくあります。

トロント大学スカボロー大学の比較生理学者ケン・ウェルチ氏は、人間の腸はそれほど早く糖を吸収することができず、それがソーダやハロウィーンのキャンディーを食べすぎると胃を悪くする理由の1つであると述べている。ハチドリはリーキーガットを持ち、糖分が腸細胞だけを通過するのではなく、腸細胞の間の血流に入ることができるようにすることで猛攻撃に対処します。これにより、不調を引き起こす前に、糖分が腸から素早く排出されます。この迅速な輸送とおそらく他の適応により、ハチドリは人間の血糖値の6倍もの高い血糖値に達することができるとウェルチ氏は言う。

血液中の糖分がこれほど多くなると、人々に深刻な生理学的問題が生じます。これにより、より多くの糖分子が体のタンパク質上に光り輝きます。これは糖化として知られるプロセスです。長期的には、過剰な糖化は神経損傷など、糖尿病の合併症の多くを引き起こします。ウェルチ氏によると、ハチドリがどのようにして糖化の問題を回避しているのかはまだ不明だが、手がかりは見え始めているという。例えば、ある研究では、鳥類のタンパク質には哺乳類のタンパク質に比べて最も糖化されやすいアミノ酸が少なく、残っているアミノ酸はタンパク質の奥深くに隠れていることが多く、循環する糖にさらされにくいことが判明した。

他にも、高血糖に対処するためのまだ知られていない戦略が、いつか人々の糖尿病の管理に実際的な利益をもたらす可能性があります。 「ハチドリのゲノムには金鉱がある可能性があります」とウェルチ氏は言う。

代謝反転を行う

ハチドリは毎晩の断食が終わるまでに、蓄えた糖分をほぼ使い果たしてしまいますが、これが代謝に逆の課題をもたらします。 「どうやって起きて飛ぶの？」ウェルチは尋ねる。 「脂肪以外に燃焼できるものはないのです。」

ハチドリは、代謝を糖分の燃焼から脂肪の燃焼に切り替えるのに驚くほど機敏に進化したことを、同氏は発見した。 「これには、関与する生化学的経路の大きな変化が必要です」とウェルチ氏は言う。そしてそれはほんの数分で起こり、他の生物が対処できるよりもはるかに速く起こる。 「燃料使用量をそのように制御できれば、とてもうれしいです。」

水を節約するかしないか

蜜の豊富な食事によって引き起こされる課題は砂糖だけではありません。結局のところ、蜜の大部分は水であり、非常に多くの液体を飲む鳥は、電解質を失わずにそのほとんどを除去しなければなりません。その結果、ハチドリの腎臓は、電解質が排泄される前に再捕捉するのに高度に適応しています。 「彼らはほぼ蒸留水のおしっこをします」と、ワイオミング大学を退職した生態生理学者カルロス・マルティネス・デル・リオは言う。

しかし、これはさらなる問題をもたらします。ハチドリが一晩中薄めの尿を出し続けた場合、朝になる前に脱水症状で死んでしまうでしょう。それを避けるために、ハチドリは毎晩腎臓を停止させます。 「人間の場合、急性腎不全とみなされる状態に陥ります」とマルティネス・デル・リオ氏は言う。 「ハチドリはこれをしなければなりません、さもなければ彼らは小便をして死ぬでしょう。」

ゆっくりと高く飛んでください

ハチドリの代謝要求は海面でもかなり厳しいものです。しかし、多くの種は高地に生息しており、空気が薄く、酸素が少なく、ホバリング時に押す抵抗が少ないためです。標高 14,000 フィートを超えるアンデス山脈に生息する世界最大のハチドリのことを考えてみましょう。これは多くのヘリコプターが飛べる高さを超えています。コーネル大学の鳥類学者ジェシー・ウィリアムソン氏によると、こうした状況に対処するために、鳥たちはヘモグロビンが豊富な血液を進化させたという。

しかし、ウィリアムソン氏が発見したように、一部の鳥はさらに厳しい課題に直面している。巨大なハチドリは、研究者が衛星追跡タグや小型のジオロケーターを取り付けることができるほど大きい。そこでウィリアムソン氏らは鳥に追跡装置を装着することにした。網で鳥を捕らえるために何千時間も費やした後、研究者らは、弾性のあるジュエリーコードで作った特注のハーネスを使って、57羽の鳥に追跡装置を取り付けることに成功した。

彼らはわずか 8 羽の鳥から追跡データを回収しましたが、その小さなサンプルですら大きな驚きがありました。一部の鳥は一年中アンデス高地に生息していましたが、他の鳥はこれまで認識されていなかった別の種であることが判明し、アンデス山脈に渡りました。アンデスはチリの海岸沿いの繁殖地から毎年採取されます。つまり、往復約 5,000 マイルという長い移動という明らかな課題に直面するだけでなく、移動中に薄い空気に適応する必要性にも直面することになります。

彼らの秘密は？徐々にやってください。 「人間の登山家がエベレストのようなものに登頂する様子によく似ています。急激に登ったり、順応するために休憩したりするのです」とウィリアムソン氏は言う。 「旅には何か月もかかります。」

追跡技術が軽量かつ安価になるにつれ、ウィリアムソン氏のような研究者は、より小型のハチドリの種も追跡したいと考えている。研究技術の他の進歩と合わせて、これらの小さくて驚くべき鳥の生態について多くの新たな驚きがもたらされるかもしれない。

知っておくべき雑誌 これは、Annual Reviews からの独立したジャーナリズム活動です。