餌不足で「共食い形態」に激変、驚異の両生類

環境の違いにより遺伝子の働き方が変化、元にも戻れる

NATIONAL GEOGRAPHIC

文=STARRE VARTAN/訳=牧野建志
(PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK)

京都産業大学による見どころチェック!

カスケード山脈で見かけた、奇妙な見かけのサラマンダー

大きな鋤骨歯は、共食いをするのには都合がいい

表現型の可塑性が、気候変動を生き残る「適応」に役立った

 米オレゴン州中部、カスケード山脈。スリーシスターズ連峰の高地にある静かな水たまりに行くには、山を歩き、スキーで移動しなければならなかった。水中には、他に大したものはなかったが、奇妙な見かけのサラマンダーがいた。

「そのサラマンダーの幼生が、とても痩せた体と大きな頭をしているのに気づきました」と米国地質調査所の生物学者スーザン・ウォールズ氏は振り返る。そこには両生類のユビナガサラマンダー(Ambystoma macrodactylum)の幼生がいたのだが、よく見ると、どの個体も頭と顎が通常よりはるかに大きかった。のちに、その大きな口は、非常に特殊な目的に役立つことが判明した。共食いである。

 この大きな顎には、牙のように大きく成長した鋤骨歯(じょこつし)が生えていた、と同氏は初期の論文に書いている。通常、ユビナガサラマンダーの鋤骨歯は、前歯列の後ろにある小さな突起にすぎない。大きな鋤骨歯は、共食いをするのには都合がいいのだろう。だが、そもそもなぜ共食いをするのだろうか?(参考記事:「定説覆すコブラの共食い、しかもオス同士のみ」

 陸に上がる前の幼生期、ユビナガサラマンダーは「変形」することがある。頭と顎が体の割に大きくなり、鋤骨歯はより目立つようになる。もし十分な食料と水がある場合、こうした変形は起きない。だが、何日も餌が不足したり、すぐに池から出る必要があったりする場合(比較的乾燥する春や夏など)には、頭や歯が大きく「変形」するし、あとで元に戻ることもある。

 口や牙が大きいほど、より大きな餌を食べられる。大きな餌には、自分の仲間や兄弟も含まれる。高タンパクの食事によって、餓死を回避し、成長を早めて、池が干上がる前に陸に上がれるようにするのだ。

 このように、環境により動物の性質が変化することを「表現型の可塑性」という。ユビナガサラマンダーだけでなく、さまざまな両生類や動物でも確認されている。「頭の大きな形態と小さな形態がある昆虫、歯のある共食い形態を持つ線虫、増えすぎると共食い形態になる原生生物(単細胞生物)などがいます」と米ノースカロライナ大学の生物学教授デイビッド・フェニック氏は説明する。同氏は、トラフサンショウウオやスキアシガエルにおける表現型の可塑性を研究してきた。

 表現型の可塑性の背後にあるメカニズムの解明は、両生類を保護する上で重要である。両生類は、すでに全世界で43%も減少しており、脊椎動物では最も速く多様性が失われている。(参考記事:「501種の両生類が減少、90種が絶滅、ツボカビ症で」

餌が少ないと共食いになる

 ほとんどの両生類は、最初の数週間は水中で過ごし、成体になると陸上で暮らす。表現型の可塑性が起きるのは、水中で過ごす幼生期だ。

環境ストレスによる「変形」プロセスは、表現型の可塑性と呼ばれる。ユビナガサラマンダーの場合、変形は幼生期でのみ起こる。この写真のような完全に成長した個体では、こうした変形はもう見られない。
(PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK)

 ユビナガサラマンダーの幼生は、オタマジャクシによく似ている。通常は、共食いなどしないが、攻撃的ではある。「直接観察している間に、幼生同士が噛み付くところをたくさん見ました」と米カリフォルニア州立大学イーストベイ校の生物学准教授エリカ・ワイルディー氏は話す。同氏も、ウォールズ氏と同じユビナガサラマンダーを研究したことがある。

 ワイルディー氏は、ユビナガサラマンダーの幼生の攻撃性が、食物にどう影響されるかを研究していたとき、あることに気がついた。隔絶された山にいる個体は、餌と水が手に入りやすい谷に住む個体とは、行動が異なっていたのだ。谷の個体は、山の個体ほど攻撃的ではなく、大きな顎に疑似的な牙を持つ「共食い形態」にはひとつもならなかった。同氏の論文によると、山で孤立したユビナガサラマンダーの攻撃性と共食い行動は、栄養が乏しい環境によるストレスが重要な要因だという。

 また、共食い形態の個体は、通常の餌である動物プランクトンを食べる個体に比べ、成長速度が速いように思われた。おそらく、より速く成長して、池が干上がる前に陸に上がる必要があったからだと同氏は考えている。池が干上がれば、まだ幼生のユビナガサラマンダーはすぐに死んでしまう。

 さらに、ウォールズ氏によると、共食い形態のユビナガサラマンダーがより広々とした生息地に移動し、再び通常の餌を食べるようになれば、形態も通常のものに戻るという。

環境によって変形する種は他にも

 他にはどんな種類のストレスが、こうした劇的な変化を引き起こすのだろうか? ユビナガサラマンダーでは、餌不足と池の干上がりだった。トラフサンショウウオの場合はスペースだ。とても混み合って互いにぶつかる状況になると、混雑を減らすために共食い形態になることがある。(参考記事:「メスしかいないサラマンダー、驚きの利点判明」

 スキアシガエルのオタマジャクシでは、手に入る餌の種類だ。それに応じて、頭の大きさが変化する。一生の早い段階で大きな獲物を食べた場合、大きな頭をした肉食形態に変わることがある、とフェニック氏は言う。通常形態と肉食形態では見た目があまりに異なるため、以前は別々の種だと考えられていた。(参考記事:「仮装にいかが?生物界のモンスター赤ちゃん 6選」

スキアシガエルのオタマジャクシは、雑食形態(左)に成長するのが通常だ。しかし、甲殻類(中)など大きな動物を食べると、エビや他のオタマジャクシなど、より大きな獲物を食べることに特化した独特な肉食形態(右)になる。(PHOTOGRAPH BY DAVID PFENNIG)

 捕食者から逃げるために形態を変えるものもいる。中南米の熱帯雨林に住むスナドケイアマガエル(Dendropsophus ebraccatus)のオタマジャクシは、周囲の捕食者の種類に応じて、色も筋肉組織も異なる形態になる。

「水中で魚の臭いがすれば、尾は長く透明になり、尾の筋肉をより大きく発達させます」と米バッサー大学の生物学助教ジャスティン・トゥーション氏は話す。このおかげで、魚に見つかりにくく、速く泳ぎやすくなる。

「一方、トンボの幼虫であるヤゴの臭いがすると、尾びれが大きく色鮮やかになります」と同氏。この尾でヤゴの注意を引き、オタマジャクシの柔らかく傷つきやすい体ではなく、比較的犠牲にしても問題のない尾を攻撃させる。

進化の最中?

 何がこうした変化を引き起こすのか正確にはわかっていないが、鍵を握るのは遺伝子の発現だとトゥーション氏は言う。「動物は、捕食者の臭いを嗅いだり、水が暖かいことを感じ取ったりすると、速く成長できる遺伝子のスイッチを入れたり、あるいは他の遺伝子の発現を抑制したりするのです」(参考記事:「遺伝か環境か、それがモンダイだ」

 同氏は現在、どの遺伝子がアマガエルのこうした形態の変化に関連しているのかについて研究している。

 表現型の可塑性とは、現在進行形の進化なのだろうか。実際そうなのかもしれない。「多くの研究者は、表現型の可塑性は進化に影響を及ぼさないと考えています。一般に、環境により誘発された変化は遺伝しないからです。むしろ表現型の可塑性が、進化を遅らせると主張する学者もいます。反対に、表現型の可塑性により、進化が速まるとする議論もあります」とフェニック氏は話す。(参考記事:「遺伝子研究でわかった植物の進化の驚くべき仕組み」

 さまざまな環境条件にすばやく対応できる能力は、どの種にとっても利点であり、気候変動が続く中、重要な意味を持つ。フェニック氏によると、米アリゾナ州に生息するスキアシガエルは、米国西部で干ばつや山火事が多発するにつれ、オタマジャクシからカエルに成長するまでの期間がかつてないほど短くなっているという。これに伴い、肉食(または共食い)形態は、もっと頻繁に見られるようになるかもしれない。より高タンパクの餌を食べれば、より速く成体に成長でき、早めに水を飛び出して、繁殖できるようになるからだ。

「表現型の可塑性は、種にとっての緩衝剤になるはずです。ある程度の柔軟性があれば、環境が変化しても種の存続が可能になります」とトゥーション氏は話す。

 だが、それがうまく働くのは、将来の環境変化に対応できるような表現型の可塑性が、あらかじめ動物に備わっている場合に限られる。「生物の生存能力は、どこに生息しているか、過去の自然選択により何に適応しているか、どんな気候変動が生息地に起きようとしているかによって異なります」と米スミソニアン協会の熱帯生態学部門でパナマに拠点を置くスミソニアン熱帯研究所の名誉上席研究員メアリー・ジェーン・ウェスト=エバーハード氏は話す。(参考記事:「クローンを作って激増したザリガニ、秘密は染色体」

 表現型の可塑性が気候変動への適応に役立った一例は、米フロリダ州に生息し、絶滅の恐れのあるフラットウッズサラマンダーだ。2018年10月、ハリケーン・マイケルが、メキシコ湾岸にあるセントマークス国立野生生物保護区を襲い、海水が流れ込んだ。フラットウッズサラマンダーは、保護区内の淡水の水たまりで繁殖する。嵐のあとでウォールズ氏は、海水が浸水した場所でさえ、フラットウッズサラマンダーが生き残っているのを見つけた。なお同氏は現在、この地域で研究している。(参考記事:「人為的な気候変動「ある」が急増、米意識調査」

 どうやって生き残れたのだろうか?「イモリなどといった近縁の動物の研究により、沿岸地域に住む個体は、はるか上流の個体より塩水に対して耐性が高いことがわかっています。これは表現型の可塑性の一種であり、より局所的な条件にも適応できるのです」とウォールズ氏は語る。(参考記事:「米国の小魚、息を5時間止められる」

 気候変動によりストレスの多くなる環境に対して、両生類がどのように適応できるのかについて、より多くが解明されること。そして、その知識を利用して、より賢明なやり方で両生類の保護ができるようになること。それが願いだと同氏は言う。

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