カバが速く走るかどうかを調べるために、科学者たちは特にカバの歩き方を研究した。

制作：中国科学普及協会

著者: 蘇成宇 (ポピュラーサイエンスクリエイター)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：生命科学の最新の謎を解くために、中国科学普及の最先端技術プロジェクトは「生命の新知識」と題する一連の記事を立ち上げ、独自の視点から生命現象を解釈し、生物学の謎を明らかにしました。人生の世界を探求し、無限の可能性を探求しましょう。

2024年6月、英国の科学者たちは、PeerJ誌に論文を発表し、陸上でのカバ（Hippopotamus amphibius）の独特な移動能力を明らかにした。多くの科学メディアがこの論文を引用する際、見出しでは必ず、カバは走るときに空を飛ぶことができるということを強調しています。

走るカバ

(画像提供: Sabine Stols)

このような見出しを見ると、カバがこんなことができるなんて、とても速いに違いない、というのが第一印象ですが、真実はそれほど単純ではありません。理由を知りたいなら、まず科学者がどのように研究を行っているかを理解する必要があります。ケイト・M・ベイカーは、大型哺乳類の行動パターンの研究に情熱を注ぐ、経験豊富な動物行動学者です。彼女は、生態学と保全生物学の専門家であるビクトリア・フィッシュロックとエレノア・スレイドと協力しました。 Stephen J. Wickings は、複雑なビデオ データを処理および解釈する独自の才能を持つ熟練したデータ アナリストです。

彼らは英国ノース・ヨークシャーで詳細な調査を実施した。そこで科学者たちはカバのビデオを16時間撮影し、水から生息地まで歩くカバの動きをすべて記録した。しかし、これでは十分ではありません。より包括的な分析を行うために、科学者たちはYouTubeなどのプラットフォームからカバの歩き方のビデオをさらに収集し、データの多様性と包括性を確保した。

カバの運動データ分析における歩行パターンの例

（画像出典：文書1）

次に、ビデオをフレームごとの画像に変換し、VirtualDub ソフトウェアを使用して、各足が着地するタイミングと地面から離れるタイミングをフレームごとに分析しました。これは非常に細心の注意を要する作業であり、各フレームを分析することで新たな発見が得られる可能性があります。

結果は、カバはどの速度でも主に速足で歩いていることを示しました。最高速度では、カバの歩幅は1秒間に3.2回に達し、歩幅は2メートルを超えます。最も速く走るとき、実際には 4 本の足すべてが同時に地面から離れ、短時間の浮遊状態になります。空中に留まる時間（つまり、四肢すべてが同時に地面から離れている時間）は約 15% です。

カバは空中にいて、四肢は地面に触れていない。

（画像出典：文書1）

では、科学者はカバが速歩歩行をしていることをどうやって知るのでしょうか?速歩とは何ですか?陸生哺乳類の場合、歩き方や走り方にかかわらず、主に、常歩、速歩、駈歩、走行歩、跳躍歩、横歩き歩、よろめき歩があります。

簡単に言えば、歩行の歩様では、各足がそれぞれ異なるタイミングで順番に地面に触れ、通常は左前肢、右後肢、右前肢、左後肢が交互に動きます。歩行の歩様は、常に 3 本の足が地面に接しているため、最も安定性に優れています。

歩行の歩様青い点: 左前肢赤い点: 右前肢緑の点: 左後肢赤い逆台形: 右後肢

(画像出典: crowspath)

速歩は斜めの歩行で、左前肢と右後肢などの斜めの 2 つの足が同時に地面に触れ、その後に他の 2 つの斜めの足 (右前肢と左後肢) が地面に触れます。この歩き方はスピードと安定性のバランスが取れており、中程度の速度で移動するのに適しています。

ジョギングの歩き方

(画像出典: crowspath)

走行歩様は、通常、前肢と後肢の段階的な動きと空中段階を伴う、より迅速な移動形態です。この歩き方は高速移動に適しており、脅威から逃れたり、素早く移動したりするためによく使用されます。

(画像出典: crowspath)

動物にはいくつかの歩き方があります。たとえば、犬はゆっくりとしたペースで歩き、より速いペースで速歩し、より速いペースで駈歩や疾走することがあります。もちろん、犬が幸せなときにジャンプ歩行を選択する可能性も否定できません。猫の場合も同様です。

犬のさまざまな歩行パターン

（写真提供：The Canine Fitness Centre）

このような複数の歩行ができる動物は、一般的にサイズが小さく、柔軟性が高く、さまざまな歩行パターンに適応して、さまざまな環境やニーズに対応できます。これらの動物は、狩り、捕食者からの逃走、社会的な交流のために、異なる運動能力を必要とします。

さらに、柔軟な関節構造、体長に対する脚の長さの比率が比較的大きいこと、心肺機能が強いことなど、生理学的構造と解剖学上の特定の利点があります。最初の 2 つがより大きな影響を与えます。関節の柔軟性が高まると、四肢の動きの範囲が広がります。犬の肩と股関節は非常に柔軟性があり、素早く方向転換したり歩き方を変えたりすることができます。

脚は体長の比較的大きな割合を占めており、簡単に言えば、脚の長さです。脚が長い動物は、通常、一歩ごとに歩幅が長くなります。つまり、高速で走る必要がある場合、より長い距離を走ることができるということです。

走っている状態の犬

(画像出典: thepackinmethodcc)

動物の中には、体の構造上、歩行パターンの数が限られているものもあり、一生を通じて 1 つの歩行パターンしか使用できない動物もいます。たとえば、私たちの主人公であるカバは、体長に比べて足が短いため、主に速足で歩きます。

カバは地球上で5番目に大きい陸生哺乳類で、成体のカバの体重は通常1,500～3,800kgです。これほど巨大な体格のため、骨や関節に大きな圧力がかかり、さまざまな歩行パターンを採用する能力が制限されます。

（写真提供：チャーム・ハサン）

さらに、カバの四肢は比較的短くて強いため、強力なサポートが得られますが、素早く動く能力も制限されます。一般的に、成体のカバの平均的な脚の長さは1.7メートル（肩関節からつま先まで）、平均的な体長は4メートルです。カバの脚は体長の 42.5% を占めます。

多様な歩様を持つビーグル犬と比較すると、ビーグル犬の平均脚の長さは57cm、平均体長は70cmで、ビーグル犬の脚の長さは体長の81.4%を占めており、カバの脚の長さよりも明らかに長いことがわかります。

これは不公平であり、2 匹の動物はあまりにも違いすぎると言う人もいるかもしれません。アフリカ大陸にも生息し、大きさも似ているサイを例に挙げてみましょう。シロサイ（Ceratotherium simum）を例にとると、成体のシロサイの脚の平均長さは2メートル、体長の平均は3.8メートルです。また、シロサイの脚の長さは体長の52.6%を占めており、カバの脚の長さの割合よりもわずかに大きいです。

ホワイトライノ

(画像出典: Wikipedia)

この違いにより、サイはカバよりも歩行パターンが 1 つ多くなります。研究によると、サイは陸上では歩く歩様と走る歩様という2つの主な歩行パターンを持っています。論文の中で、科学者たちは観察データを使って、カバは速度に関係なく速歩することを証明した。

動物の歩行分析では、立脚期と遊脚期は、完全な歩行サイクルにおける四肢のさまざまな段階を表す 2 つの重要なサイクルです。立脚期は、動物の足が地面に接触し、体を支えて前進させる歩行サイクルの一部です。スイング段階は、動物の足が地面を離れ、地面との次の接触に備えて前方にスイングする歩行サイクルの別の部分です。

完全な歩行サイクルには、立脚期と遊脚期が含まれます。歩行分析では、デューティ ファクター (DF) は通常、歩行サイクル全体における立脚期の割合を表すために使用されます。計算式は、DF = 立脚期時間 / 歩行サイクル時間です。

DF 値が 0.5 より大幅に大きい場合、歩行の歩様を示します。 DF値が0.5より大幅に小さい場合、それは走行歩行を示します。 0.5 の間で変動する場合は、ジョギング歩行を示します。

カバのデータ ポイントのほとんどは、DF 値が 0.5 に近いかわずかに下回っていることを示しており、これはカバの主な歩行が速歩であることを示しています。カバは歩幅を大幅に増やしてスピードを上げることはできませんが、歩幅の周波数（0.17Hz から 3.2Hz）を増やすことでスピードを上げることができます。

しかし、どんなことがあってもジョギングには限界があります。カバは陸上で時速約30キロメートルの速度で走ることができますが、この速度を維持できるのは短時間だけです。シロサイは短距離であれば時速 55 キロメートルのスピードで走ることができます (このスピードを維持できるのは短時間だけです)。したがって、体重が同じであれば、長い脚は短い脚よりも柔軟性が高く、走ることは速歩よりも速いのです。これは、離陸と走行の間に必ずしも関連性がないことも示しています。ジョギングしながら離陸することもできますが、より速いスピードが必要になります。

サイが走行中に空中に留まる時間を具体的に研究した人はいませんが、走行パターンの定義と速歩パターン（DF値）に基づくと、サイの空中滞在時間はカバよりも間違いなく長いことは確かです。

それはそれほど良くはないが、それよりは良い。これより大きい象は重すぎるため、体を支えるために手足を地面につけたままにしておく必要があり、どんなスピードでも空中に浮かぶことはできません。いずれにしても、カバにとって、空中にいる時間の 15% は、足が長く、空中にいる時間の割合が短いため、容易なことではありません。

参考文献:

1.ハッチンソンJR、プリングルEV.陸上におけるカバ（Hippopotamus amphibius）の足跡パターンと歩幅パラメータ[J]。 PeerJ、2024、12：e17675。

2.Ren L、Hutchinson JR. アフリカゾウ（Loxodonta africana）とアジアゾウ（Elephas maximus）の3次元運動ダイナミクスは、中程度の速度でのスムーズな歩行遷移を明らかにした[J]。王立協会インターフェース誌、2008年、5(19):195-211。

3.犬塚尚文.哺乳類の運動学的歩行解析に関する予備的研究[J].哺乳類研究、1996年、21(1):43-57。

4.Panagiotopoulou O、Pataky TC、Hutchinson JR. シロサイ（Ceratotherium simum）の歩行中の足圧分布[J]。 PeerJ、2019、7：e6881。