動物はどうやって世界中を旅して目的地にたどり着くのか

1976年の冬、生物学者リンカーン・ブラウアーはメキシコ中部の横断火山帯にあるオヤメルモミの森に分け入り、オレンジ色の重みでしなる枝を見上げて首をのけぞらせていた。木々はオオカバマダラに覆われ、何百万羽もが密集して群がり、その重さで大枝がたわんでいた。ブラウアーはこの壮観を見るために来たのではない。彼は紙吹雪のかけらほどしかない、小さな粘着性の標識を探していた。前年の9月、彼と同僚たちがオンタリオでオオカバマダラの翅に貼り付けたものだ。たった一つでも見つかれば、ほとんど信じがたいことが証明される。紙のように薄い昆虫が、カナダの道端から、一度も見たことのない特定の山々の群れまで、4,800キロ以上を飛んだということ。しかも、学習しようのない何かに導かれて、である。

標識は見つかった。その旅は本物だった。そしてそこから浮かび上がる、より深い問いは、生物学全体の中でも最も衝撃的なものの一つだ。動物はどうやって大陸や海を越え、しばしば単独で、しばしば生涯でただ一度きり、まさに正しい場所へとたどり着くのだろうか。

渡りとは何か、そしてなぜ割に合うのか

動物がどうやって航行するかを語る前に、彼らが何をしているのかを正確にしておくと役立つ。渡りとは、資源や繁殖の必要性、あるいは気候の予測可能な変化によって引き起こされる、異なる生息地のあいだの季節的で長距離の移動である。この言葉は途方もなく幅広い行動を包み込むが、その論理はつねに同じだ。ある時期には食物が豊かで、子育てに安全な世界の一角が、別の時期には乏しく危険になる一方で、遠く離れたどこかでは逆のことが起きている。その二つのあいだを移動できる動物は、両方のいいとこ取りをするのである。

問題は、そこへたどり着くのに大きな代償がかかることだ。渡りのエネルギーコストは膨大で、何か月もかけて蓄えた脂肪を使い果たし、道中では旅する者を嵐や捕食者、疲労にさらす。それでも渡りが昆虫や鳥、魚、哺乳類を通じて存続するのは、繁殖上の見返りがそれをさらに上回るからだ。旅を生き延びた動物は、その場にとどまって飢える者や、混み合って枯渇した生息地で繁殖する者よりも多くの子孫を残す。自然選択がこの収支を計算し、進化の時間を通じて、帳簿は旅する者に有利な形で釣り合うのである。

距離を旅するために作られた骨格

飛んで渡る動物にとって、旅はコンパスではなく、まず骨組みから始まる。持続的な渡りの飛行は、飛ぶことの核心にある矛盾、つまり丈夫でありながら軽くもなければならないという要請のために設計された骨格にかかっている。鳥はいくつもの工夫を同時に使ってこれを解決する。彼らの骨の多くは含気骨化しており、部分的に中空で、呼吸器系の気嚢にまでつながっていて、丈夫さを損なわずに重さをそぎ落としている。骨盤と翼の骨格は剛直な単位へと融合し、飛行面を、荷重がかかってもたわまずエネルギーを無駄にしない安定した台座へと固定している。

その巧妙さは骨組織そのものの構造にまで及ぶ。骨には二つの配置がある。皮質骨は緻密でぎっしりした外層で、曲げに抵抗し、機械的応力の大半を受け止める。一方、海綿骨は内部にある海綿状で格子のような物質で、内部全体に力を分散させる小さな支柱のネットワークだ。この二つが組み合わさることで、最小の質量で最大の強度が得られる。これは、自重で崩れることなく大きな重量を支えなければならない橋を架けるときに技術者が使うのと同じ原理である。渡りをする鳥は、いわば飛ぶトラスとも言うべき骨格を背負っているのだ。

旅する者たちと、彼らが越える距離

象徴的な渡りは地球上のあらゆる生息地にわたり、動物のあらゆる主要なグループに及ぶ。オオカバマダラの世代をまたぐ周回は4,800キロ以上をカバーする。ハトほどの大きさしかない海鳥のキョクアジサシは、一年のうちに4万キロ近くを飛び、一方の極からもう一方の極へ、そして再び戻るあいだ夏を追いかける。そのため、生きているどんな生き物よりも多くの昼の光を目にすることになる。ザトウクジラは、餌をとる冷たく生産的な海域と、繁殖し子を産む暖かい熱帯の浅瀬とのあいだを、およそ1万6千キロ泳ぐ。東アフリカの平原では、100万頭を超えるヌーが雨と草を追って、セレンゲティを巡るおよそ1,800キロの周回路を踏みしめる。そしてタイヘイヨウサケは、おそらくすべての中で最も的を射た離れ業を演じる。広大で名もなき外洋から、自分が孵った、まさにその淡水の流れへと戻ってくるのだ。

これらの旅を結びつけているのは、途方もなく異なるその距離ではなく、それらが狙い定められている精密さである。これらの動物のどれ一つとして、さまよっているわけではない。それぞれが特定のどこかへ向かっており、この物語の残りは、彼らをそこへ連れていく計器についての話なのだ。

太陽と星を読む

統制された実験で最初に解読された航行の手がかりは、空の中で最もわかりやすいものだった。1949年、ヴィルヘルムスハーフェンのマックス・プランク研究所で研究していたグスタフ・クラマーは、渡りを前に落ち着きをなくした籠の中のムクドリが、飛び立とうとする方向を一定の向きに定め、しかもその向きが太陽を追っていることを示した。鏡を使って太陽の見かけの位置をずらすと、鳥たちはきちんと同じ角度だけ向きをずらした。さらに注目すべきことに、クラマーは、鳥たちが一日のあいだに空を横切る太陽の動きを補正していることを実証した。太陽の方位、つまり地平線に沿ったそのコンパス方位は、夜明けから日暮れまで絶え間なく変化するため、太陽コンパスはそれを解釈する時計がなければ役に立たない。ムクドリはその時計を備えていた。今が何時かを告げ、ゆえに南がどこにあるかを教える内なる概日リズムである。

しかし多くのスズメ目の鳥は、太陽が消えた夜に渡る。そして彼らは別の空を読んでいることがわかった。1967年、スティーヴン・エムレンはコーネル大学のプラネタリウムに捕獲したインディゴホオジロを連れ込み、人工の夜空を見せた。鳥たちはそれに向きを定めた。エムレンが、投影された星々を、偽の天の極の周りに回転させると、ホオジロはそれに合わせて向きをずらした。彼らは個々の星座を記憶しているというよりも、天の幾何学、つまり空全体が回って見える固定点を読んでいたのだ。北半球ではその点はポラリスの近くにあり、それに最も近い星々は最も動かないため、船乗りにとってと同じくらい確実に、ホオジロに真北を示すのである。

地球の磁場を感じる内なるコンパス

晴れた空はぜいたく品であり、何夜にもわたって、悪天候の中を渡る動物は、太陽や星だけに頼ることはできない。彼らは闇の中でも雲を通しても働く予備の手段、すなわち地球の磁場を感じる感覚を備えている。決定的な実証は、ヴォルフガングとロスヴィタ・ヴィルチコ夫妻によってもたらされた。彼らは1972年、フランクフルト大学でヨーロッパコマドリ(Erithacus rubecula)の磁気受容を記録し始めた。彼らはコマドリをZugunruhe、つまり本来なら旅をするはずの季節に籠の中の鳥を捉える渡りの落ち着きのなさの只中に置き、それからコイルを使って籠の周りの磁場を変えた。鳥たちは磁場に合わせて、予測どおりに繰り返し向きを変え直した。これは、彼らが内なる磁気コンパスを備えているとしか考えられないことを意味した。

そのコンパスがどう働くかは、それが存在するという事実よりもはるかに突き止めるのが難しいことが判明し、その有力な説明は、たいていの人が生物学が踏み込むとは思わないであろう領域にまで及んでいる。オルデンブルク大学のヘンリク・モウリッツェンと共同研究者たちは、ヴィルチコ夫妻の知見の上に直接築きながら、磁気感覚は鳥の眼の中に宿っており、網膜の光受容細胞にあるクリプトクロム4と呼ばれる光感受性タンパク質によって媒介されていると論じてきた。提案された仕組みは、まさに奇妙だ。青い光がクリプトクロム分子に当たると、化学者がラジカル対と呼ぶもの、すなわち量子スピン状態が地球の弱い磁場によってわずかに揺り動かされる、二つの不対電子へと電子対を分裂させる。続いて起こる化学反応はそのスピン状態に依存しており、ゆえに、この説によれば、鳥は文字どおり、自らの視覚の上に重ねられた模様として磁場を見ているのかもしれない。これは、ごく小さなものの物理学、つまり量子力学の領域が、温血動物の日常生活に表面化しているように見える数少ない場所の一つであり、いまなお活発で、完全には決着していない研究領域であり続けている。

匂いをたどって故郷に帰るサケ

すべての航行者がコンパスで働くわけではない。タイヘイヨウサケの帰郷は、長旅とはめったに結びつけない感覚、すなわち嗅覚に頼っている。ある特定の山の流れで孵ったサケは、出発した場所から時には何千キロも離れて、何年も外洋をさまよい、それから正しい水系だけでなく、自分が生まれたまさにその支流へと戻ってくる。ウィスコンシン大学のアーサー・ハスラーが1950年代にその仕組みを解き明かした。それぞれの流れは独特の溶け込んだ化学組成、つまり鉱物、土壌、そして腐りゆく植物の混合物を運んでおり、それが水に特有の匂いを与える。若いサケのとき、この魚はその匂いを刷り込み、生涯の早い時期の短く敏感な窓のあいだに記憶に固定する。何年も後に、別の手段で沿岸の進入路を航行しながら、サケは枝分かれする川を鼻でたどり、それぞれの分岐点で故郷の匂いがする水路を選ぶ。これが嗅覚刷り込みであり、何千もの流れの中から一つの流れを見つけ出すという抽象的な問題を、記憶した匂いを認識するという具体的な課題へと変えるのである。

最も驚くべき細部と、根強い誤解

ここでオオカバマダラに戻ろう。なぜなら、その物語こそが最も深い謎を抱えているからだ。東のオオカバマダラは、一つの生涯ではなく、四世代にわたってその年周期を完結させる。短命な三つの夏世代がアメリカ北部とカナダにわたって繁殖し、それぞれの成虫はわずか数週間しか生きない。そして秋が近づくと、生物学的に異なる第四の世代が現れる。この超世代は数週間ではなく8か月から9か月生き、繁殖を遅らせ、4,800キロにわたる南への飛行を丸ごとこなして同じメキシコの森へ向かい、それらのオヤメルモミで越冬し、翌春には再び北への旅を始める。

決定的な事実は、いかなる個々のオオカバマダラも往復の旅をすることはなく、南へ飛ぶどのオオカバマダラもメキシコへ行ったことがなく、その親も、その祖父母もそうだということだ。従うべき年長者もいなければ、学ぶべき道もない。これは、よくある、そして無理もない誤解と真っ向からぶつかる。渡りをする動物はリーダーの後を追い、学習した道筋をなぞり、あるいは彼らを先へと呼び寄せる何らかの灯台に向かっている、という考えである。渡りをする種のほとんどは、これらのどれもしていない。経路、所要期間、方向、そして目的地は、受け継がれた航行プログラムの中に書き込まれ、遺伝子に符号化され、まさに私たちがこれまで述べてきたコンパスを通じて発現する。オオカバマダラは、私たちが知ると認めるであろういかなる意味でも、メキシコがどこにあるかを知らない。それはただ、自らの体が作られたとおりのことをしているだけであり、それで十分なのだ。

重要なポイント

渡りとは生息地のあいだの季節的で長距離の移動であり、その膨大なエネルギーコストはさらに大きな繁殖上の見返りによって相殺され、それは動物界全体に現れる。オオカバマダラの世代をまたぐ4,800キロの周回から、キョクアジサシの4万キロにわたる極から極への周回、ザトウクジラの1万6千キロ、ヌーの1,800キロのセレンゲティ周回、そしてタイヘイヨウサケの生まれた流れへのピンポイントの帰還まで。飛んで渡る者は、最小の質量で強度を得るよう調整された骨格を備えており、含気骨化した骨、融合した骨盤と翼の構造、そして効率のために配置された皮質骨と海綿骨を持つ。一方で航行そのものは、何十年もの実験を通じて解読された、受け継がれたコンパスの道具一式に頼っている。すなわち、ムクドリにおけるクラマーの時計補正型太陽コンパス、インディゴホオジロにおけるエムレンの星コンパス、ヨーロッパコマドリにおけるヴィルチコ夫妻の磁気コンパスと、モウリッツェンが探究した提案中の量子的でクリプトクロムに基づく仕組み、そしてサケにおけるハスラーの嗅覚刷り込みである。最も決定的なのは、これらの旅が導かれたり、教えられたり、後を追われたりするのではなく、受け継がれるものだということだ。四世代のオオカバマダラの周期がこれを疑いようなく証明している。一度も見たことのない場所へ飛ぶ動物は、その経路を記憶としてではなく、自らの生物としてのありようの一部として携えているのである。