週刊サイエンストーク |ジャイアントパンダはどのようにして肉食動物から「草食動物」へと変化したのでしょうか?

愛くるしい「国宝」ジャイアントパンダは人々に愛され、ゆっくりとのんびりと竹を食べる姿も印象的です。ジャイアントパンダはもともと竹を食べていると思っている人が多いですが、実は数百万年前、ジャイアントパンダの祖先は肉食獣でした。

ジャイアントパンダはどのようにして肉食動物から竹だけを食べる草食動物に変わったのでしょうか?人間はどのようにしてジャイアントパンダを絶滅危惧種から救ったのでしょうか?中国科学院院士で同院動物研究所研究員の魏福文氏が率いる研究チームが科学的な回答を示し、ジャイアントパンダの保護に効果的な解決策を提示した。彼らのプロジェクト「ジャイアントパンダの適応進化と絶滅危惧メカニズムの研究」は、2019年に国家自然科学賞の2等賞を受賞した。

ジャイアントパンダが栄養分の少ない竹にどのように適応しているかを研究するために、魏福文氏のチームはさまざまな技術的手段と研究方法を用いて体系的な研究を行い、形態、遺伝学、行動、生理学、腸内微生物の面でジャイアントパンダが竹に対して行った一連の適応を発見した。

形態学的には、竹を餌とするレッサーパンダと同様に、ジャイアントパンダも竹を掴むのに便利な擬似親指を進化させています。遺伝学的には、ゲノム解析により、ジャイアントパンダとレッサーパンダはともに、擬似親指の発達と竹からの栄養吸収の必要性に適応するために、同様の遺伝的変化を起こしてきたことが示された。肉のうま味を感知する受容体遺伝子の1つが機能しない偽遺伝子になっているが、他の肉食動物の遺伝子は依然として正常な機能を保っている。

さらに研究を進めると、栄養分の少ない竹に適応するために、ジャイアントパンダはより多く食べ、より多く消化し、より少なく運動するといった戦略を採用したため、私たちが目にするジャイアントパンダは丸くて動きが遅いことが分かりました。ジャイアントパンダが採用する第一の戦略は、大量の食物を探し回ることであり、また「好き嫌いが多い」動物でもあります。彼らはあらゆる種類の竹を食べるわけではありません。彼らは、栄養価が最も高い竹の種類を選び、適度な根元の直径を持つ竹の子、竹の葉、竹の幹から、可能な限り十分な栄養とエネルギーを得る傾向があります。

単にたくさん食べるだけでは十分ではなく、ジャイアントパンダは竹の利用効率を最大限に高めようともします。研究によると、ジャイアントパンダは摂取した竹に含まれるタンパク質と脂肪の90％以上だけでなく、セルロースの約8％とヘミセルロースの27％も利用していることがわかりました。しかし、ジャイアントパンダの消化管自体は、セルロースやヘミセルロースを分解する酵素を分泌しません。その秘密は、セルロースを消化できる腸内微生物が消化管内に多数存在することです。これらの微生物は、セルロースやヘミセルロースを分解し、脂質代謝を促進する多くの酵素を生成することができ、また、その酵素は季節によって変化し、ジャイアントパンダが季節ごとに食べる竹の栄養成分の変化に適応します。これが、ジャイアントパンダが竹を食べることで体重を増やすことができる秘密です。

竹が豊富にあれば良いのですが、食糧不足になったらどうなるでしょうか?したがって、ジャイアントパンダにはエネルギー消費を最小限に抑えるというもう一つの適応進化があり、これを実現する最も直接的な方法は活動を減らすことです。ジャイアントパンダは時間の半分以上を休息に費やしており、野生のジャイアントパンダの1時間あたりの平均移動距離は20メートルを超えません。もちろん、ジャイアントパンダは生まれつき運動が嫌いというわけではありませんが、栄養はなかなか取れず、無駄にしてはいけないと理解しているようです。運動行動の減少に加えて、多くの生理的な「思考」も生み出しました。例えば、ジャイアントパンダの肝臓、腎臓、その他の臓器は、エネルギー消費をさらに削減するために進化の過程で徐々に縮小してきました。厚い毛皮は熱の損失を減らすこともできるので、体の表面温度が低くなります。こうした適応進化の結果、ジャイアントパンダのエネルギー代謝レベルは非常に低く、動きの遅いナマケモノとほぼ同等になりました。

また、エネルギーを節約するために運動を好まないと考える人もいますが、これは人口の再生産効率の低下にもつながります。この点に関して、魏福文院士率いる研究チームはこの憶測を否定した。研究者らは、第2世代のハイスループットシーケンシング技術と集団ゲノム解析法を通じて、現存するジャイアントパンダが秦嶺、岷山、瓊县・湘嶺・涼山の3つの遺伝的集団に分かれていることを発見した。各亜集団は遺伝的多様性が高く、長期的な進化能力と高い遺伝的多様性を有しており、当面絶滅の恐れはありません。歴史的に、これらの個体群は 2 回の拡大、2 回のボトルネック、2 回の分岐を経験しており、第四紀の気候変動が個体群の変動と分化の主な原因となっています。特に、最終氷河期と完新世以降の人間の活動により、個体数は大幅に減少し、絶滅の危機に瀕しています。間氷期の到来により、ジャイアントパンダの個体数が増加する条件が整いました。

さらに調査を進めると、近代における人間活動の激化により野生のジャイアントパンダの生息地が断片化され、意図的か否かにかかわらず、その個体群が人間によって小さなグループに分割されていることが判明した。これらの小集団の遺伝的多様性は大幅に減少しました。このことから、ジャイアントパンダの現在の個体数が少ないのは、環境の変化に適応できないためではなく、主に人間の活動が原因であることがわかります。何も対策を講じなければ、野生のジャイアントパンダの遺伝的個体群の一部は、絶滅の危機に瀕することになるだろう。そのため、研究者たちは飼育されているジャイアントパンダの解放を推進し、道路や鉄道などの人為的要因によって分断された小さな個体群間のつながりを再構築し、個体群間の遺伝子交換を促進して絶滅の危険を減らすために、異なるジャイアントパンダの生息地の間に生態学的回廊を構築することを提案しています。

ジャイアントパンダの適応進化と絶滅危惧のメカニズムを研究する過程で、研究者はしばしば分子遺伝学技術に頼らなければならず、そのためにはパンダの DNA を収集する必要があることは言及する価値がある。しかし、野生のジャイアントパンダは行動範囲が広く、居場所も不規則なため、DNAを採取するのは困難です。そこで研究者らは、ジャイアントパンダの排泄物から排出された腸管細胞のDNAを遺伝子解析に利用し、ジャイアントパンダの個体を正確に識別できる非破壊遺伝子解析技術システムを発明した。この方法は、全国の野生のジャイアントパンダの調査や個体数モニタリングに広く利用されている。

魏福文院士チームの上記の研究成果は、わが国のジャイアントパンダの保護に理論的かつ実践的な指針を提供し、わが国のジャイアントパンダを「絶滅危惧」レベルから「危急」レベルに引き下げることに重要な貢献を果たしました。

（文：中関村国科現代農業産業科学技術イノベーション研究所研究司書 唐波。専門家：蘭州大学生態学学院研究員 趙旭茂）

中国科学技術協会科学普及部

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