鳥はなぜ渡りをするのでしょうか？

鳥は季節の変わり目に繁殖や越冬のためにさまざまな地域に移動し、環境や資源の季節的な変化に対処します[1]。現生鳥類の約19％は渡り鳥である[2]。渡りは鳥が季節や環境に適応するための方法です。渡りが影響を受けると、これらの鳥類の個体群の生存と繁殖が妨げられることになる[3-4]。

移動するカナダガン（anjoudiscus 撮影、Birdshare 経由）

パート1

鳥はなぜ渡りをするのでしょうか？

渡りの際、鳥は資源が乏しい、または減少している地域から、資源が豊富、または増加している地域に移動する傾向があります。鳥が求める資源は主に食物と巣作りの場所であり、孵化につながるモンスーンや降雨からの避難場所を求めることもある[5, 20]。北半球に巣を作る鳥は、春に北へ渡りをする傾向があり（ツバメなど）、そこで急速に増えている昆虫を餌にしたり、春の植物の芽吹きや豊富な巣作り場所を利用したりします。秋から冬が近づくと、北の昆虫などの餌が減るため、昆虫は再び南へ移動します。

季節が変わると、気候条件や生態系のエネルギー供給も変化し、それが鳥類の渡りの原動力となる可能性がある[6-7]。暑さや寒さから逃れることも鳥の渡りの動機となるが、多くの鳥類は食料が豊富な場合にはある程度の温度変化に耐えることができる[5]。大規模な長距離移動の中にはより複雑なものもあり、食料などの資源に対する異なる需要だけでなく、遺伝子、地理、日照時間などの要因によっても引き起こされる可能性があります。

パート2

鳥の渡りの種類は何ですか?

季節の変化は鳥の渡りに影響を与える要因の一つです。鳥類の渡りの季節の違いにより、鳥類は留鳥、夏鳥、冬鳥、渡り鳥に分類されます[7]。ある場所において、季節の変わり目に渡りをせず一年中そこに留まる鳥は、スズメのように留鳥である。春にここで生活し繁殖し、秋に冬を過ごすために南へ飛んでいく鳥は、北のイワツバメなどの夏鳥です。秋に越冬し、翌春に繁殖のため北へ飛ぶ鳥は、南のタンチョウヅルなどの冬鳥です。渡りの途中で一時的に立ち寄る場所を通過し、そこで繁殖したり冬を越したりせず、立ち寄った後も渡りを続ける渡り鳥は、ハクガンなど渡り鳥です。

留鳥、短距離渡り鳥、中距離渡り鳥、長距離渡り鳥の代表的な鳥類

(カーディナルはケビン・ボルトン、コリンウズラはフィリップ・シモンズ、アオカケスはゲイリー・ミューラー、マグノリアウグイスはゲリット・ヴィン)

移行は、定期的な大規模な移行です。鳥類は渡りの距離によって、留鳥、短距離渡り鳥、中距離渡り鳥、長距離渡り鳥に分けられます[5]。渡りをしない留鳥は、一年を通して十分な餌と巣を作る場所を見つけることができることが多い。短距離渡り鳥は、丘陵の高地と低地の間を移動するなど、比較的短い距離を移動します。中距離移動は数千キロメートルに及ぶ距離に及ぶことがある。長距離の移動は北半球と南半球をまたぐこともあります。

パート3

渡り鳥の起源を探る

一般的に、鳥は繁殖期に種内競争を避けるために渡りをすると考えられています。さらに、気候変動、捕食、寄生などの要因も鳥類の適切な繁殖地の選択に影響を与え、鳥類の渡りを促進します[11,14]。季節が変わると、鳥が生き残るために頼る重要な資源も変わります。これらの重要な資源の季節的な変化は、鳥類の渡りのもう一つの重要な理由です[7]。

温帯地域は渡り鳥の繁殖期には資源が豊富にあるため、鳥は繁殖を最適化するために温帯地域に渡ります[10,15]。しかし、非繁殖期の越冬期間中、温帯地域では重要な資源が不足するため、鳥は生存を最適化するために熱帯地域に移動します[16]。鳥類は渡りを通じて段階的な資源利用を実現し、主要資源の季節的な緊張によって引き起こされる種内競争を緩和します[17]。

北米キイロアメリカムシクイの渡り行動の進化は北方故郷説と一致している

（画像出典[20]）

一部の学者は、渡り鳥がより良い餌や繁殖の機会を探す中で、渡りの行動が徐々に形成されると考えています。鳥類は小規模な年間の移動から利益を得て、その後徐々に規模を拡大し、渡り行動へと進化します[20]。鳥類の渡りの起源については、北方祖国説、南方祖国説、新北方熱帯渡り体系などの仮説がある。

ボルチモア・オリオールズの渡り行動は北方居住説に合致する

（画像出典[20]）

北方祖国説は、氷河活動などの歴史上におけるいくつかの劇的な気候変動により、もともと高緯度地域に生息し繁殖していた鳥類が生き残るために南へ移動せざるを得なくなったという仮説である。氷河の圧力により、彼らは活動領域を移動せざるを得なくなり、氷河が北に後退すると、本能的に北の繁殖地に戻って移動した[8]。この渡り行動は鳥の生存率を高める可能性があるため、渡り行動をする鳥は生存に有利となり、この行動は自然選択によって保存されます。

南方祖国説は、鳥の渡りは熱帯地域で進化したと仮説しています。繁殖期のプレッシャーを軽減するために、これらの熱帯鳥は時折高緯度地域へ渡りをします。渡り鳥は、豊富な季節の食物、十分な巣作りスペース、少ない天敵などの利点を活かして、より多くの子孫を残すことができます。そのため、自然選択において優位性を持ち、回遊行動を維持している[8,18]。

しかし、これら2つの理論は相互に排他的ではないと考える人もいます[9,10]。さらに、北半球の鳥の渡りを研究する際に、北方故郷理論と南方故郷理論の両方が提唱されました。姉妹システムとして、南半球も鳥の渡りの研究において重要な意味を持っています。新北区-新熱帯区の渡りシステムは南半球の重要性を確認し、北半球と南半球の鳥の渡りは共通の進化的起源、すなわち新熱帯区の鳥類を持つと主張しています。この理論によれば、渡り鳥種は温帯と熱帯の境界域に生息する種であると考えられています。彼らは生息域を広げ、繁殖のために温帯に行き、越冬のために熱帯に行き、環境に柔軟に適応し、生存と繁殖のバランスを調整しています[11,12,19]。

新北極圏-新熱帯圏の渡り鳥システム

（新北方と新熱帯は世界脊椎動物分類システムにおける地理的領域である。図は参考文献[12]から引用）

さまざまな移住理論に対応して、種の起源地と移住行動の起源地は地理的に完全に結びつくことはできず、両者がまったく同じである必要はないと考える学者もいる[13]。さらに、鳥類の渡りの進化における重要な問題は、鳥類が低緯度から高緯度へ渡り始めたのか、それともその逆なのかではなく、鳥類の渡りは単に適応力を高めたり子孫を増やしたりするために繁殖地を拡大するためなのか、それとも非繁殖期に生き残るためなのかということである[10]。さらに、これらの仮説は鳥の渡りの多様性を無視しています。異なる個体群や異なる地域に生息する鳥は、異なる渡りのメカニズムを持っている可能性があります。したがって、鳥の渡りの起源については、さらなる調査と研究が必要です。

さらに、移住には一定の利益がある一方で、長距離の移動は危険で困難な作業になることもあることを認識しなければなりません[5]。渡りは鳥の体力のテストです。十分な食料が不足したり、異常気象に遭遇したり、捕食される危険性が高まったりする可能性があります。

パート4

鳥の渡りに影響を与える要因は何ですか?

鳥の渡りは遺伝的要因と生理学的要因によって制御される本能であり、渡り行動をする鳥は一般的に環境の変化に非常に敏感である[39]。鳥の渡りを誘発する外部環境信号は複数ある場合があります。渡りは、日長の変化、気温の低下、食糧供給の変化、天体や太陽からの信号、嗅覚信号、遺伝的要因によって引き起こされる可能性がある[1]。毎年春と秋になると、渡り鳥は落ち着きを失い、繰り返しケージの片側に飛んでいく。ドイツの行動学者はこの行動を「ズグンルーエ（渡り鳥の興奮/落ち着きのなさ）」と名付けた。[34]鳥の種が異なれば、また同じ種でも個体群が異なれば、渡りのパターンも異なります。

日の長さの変化

地球の自転と公転により昼と夜が変わり、季節も変化します。これら 2 つの効果の複合により、昼と夜の長さに周期的な変動が生じます。つまり、夏には昼が長くなり夜が短くなり、冬には昼が短くなり夜が長くなります。昼と夜の長さの変動は非常に安定した変化要因であるため、植物や動物の生物学的リズムを調節するための重要なシグナルとなっています。昼夜のサイクルは鳥の視覚と神経系に影響を及ぼし、繁殖だけでなく渡り鳥の渡りの時期にも影響を及ぼします。

晩夏に日が短くなると、鳥の光受容体はホルモンの変化を引き起こし[38]、多くの鳥が長距離飛行の厳しさに耐えるために新しい羽毛を成長させるように刺激します。繁殖に備えて鳥類の生殖腺の活動を促進する。鳥の食欲を刺激し、体内に十分な脂肪を蓄積させ[40]、将来効率的にエネルギーを得ることができるようになります。これらのホルモンの変化により、鳥は特に夜間に落ち着きがなくなり、渡りの興奮状態になります。[21]日の長さがある程度短くなり、渡りが始まるまで。

磁場情報は鳥の渡りと位置に影響を与える

（画像は参考文献[24]より改変）

地磁気の要因

渡り鳥や渡り鳩は、地磁気情報を利用して、渡りや位置を決定することができます。しかし、鳥類は磁場の極性ではなく磁気の傾斜を利用して移動しており、これはさまざまな鳥類を対象とした多数の研究で実証されている[22-24]。局所的な磁場の強度に極端な変化があった場合、鳥は方向感覚を失う可能性がありますが、一定期間そこに留まることで、新たな磁場の強度に再適応して方向感覚を取り戻すことができます[25]。さらに、鳥の磁場の感知は光、特に短波長の光に依存します。光は弱くても存在する必要があります。環境中のスペクトル異常も鳥が道に迷う原因となる可能性がある[26-29]。鳥類は目やくちばしを通して磁場情報を感知することができる[22]。

人工的な訓練で鳥に渡りについて教えることができる

（画像は参考文献[36]より改変）

社会化と獲得学習

群れで移動する種の場合、経験豊富な個体は経験の浅い個体に移動に関する情報を伝えることができ、若い個体は観察したり追ったりすることで移動に関する経験を素早く積んで行動を変えることができます。研究によると、車両や航空機などによる人工的な訓練により、野生のガチョウ、カナダヅル、ガチョウ、白鳥などの鳥を特定地域に飛行させ、渡りの記憶を形成できることが示されていますが、一部の鳥は協力しなかったり、ルートを忘れたりすることがあります[36]。アメリカシロヅルの個体群に高齢の鳥が存在すると、渡りの経路の逸脱が大幅に減少する可能性があります。鳥が年を取るほど、渡りの経路の逸脱は小さくなります。これは学習と記憶の結果である。[35]

動物や植物の青色光受容体であるクリプトポエチンCRYは、生物リズムの調節や移動、生殖において重要な役割を果たしている。

（画像は参考文献[30]より改変）

移住関連遺伝子

青色光受容体遺伝子は鳥の渡りにとって重要な候補遺伝子です。青色光受容体クリプトシン CRY は、細菌から動物、植物まで保存されている唯一の既知の光受容体または概日時計要素です。シロイヌナズナでは、CRY1 と CRY2 という 2 つの遺伝子が主に青色光阻害による茎の伸長と光周期誘導による花器官の分化に関与しています。動物のクリプトゲニン遺伝子は、松果体と眼において役割を果たし、概日時計関連タンパク質 CLOCK と BMAL1 を阻害することで概日時計の調節に関与し、非従来型光化学メカニズムを通じて磁気受容を媒介している可能性がある。鳥の目には、CRY1a、CRY1b、CRY2、CRY4 という 4 つのクリプトクロムタンパク質をコードする遺伝子があります。研究者たちは、鳥の目の中のクリプトシン CRY が青色光の誘導下で反対または平行の電子スピン方向を持つ一重項および三重項のフリーラジカル対を生成し、フリーラジカル対の磁気感度を通じて磁気傾斜の変化を感知できると考えています。 [30-34]

衛星がホッキョクハヤブサの距離と経路の変化を追跡

（画像は参考文献[37]より改変）

青色光受容体遺伝子に加えて、記憶に関連する遺伝子も鳥の渡りに影響を与えます。研究では、長距離と短距離を移動するホッキョクハヤブサのゲノムを比較することで、移動距離の異なるホッキョクハヤブサの間には遺伝子型の違いがあることがわかった。記憶能力に関連する遺伝子ADCY8は、長距離移動する集団において正に選択された。長期記憶はホッキョクハヤブサの長距離移動に影響を与える重要な要因の一つである可能性がある[37]。

参考文献:

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[4]渡り鳥の年間サイクルにおける生存率の変化。動物生態学ジャーナル。 2002

[5]鳥の渡りの基礎：方法、理由、場所。コーネル大学鳥類学研究所。 2021

[6]北米の渡り鳥の飛行経路の季節的変動における大気条件の役割。生物地理学ジャーナル。 2014

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[15]鳥類の渡りの進化過程と鳥類生態地理学におけるパターン。鳥類生物学ジャーナル。 2000

[16]旧世界と新世界の移住システムの進化。アルデーア。 2002

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[18]渡り鳥の生態—新熱帯地域の観点スミソニアン協会。 1995

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[31]動物のクリプトクロムは非伝統的な光化学的メカニズムによって磁気受容を媒介する。自然。 2010

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[34]共鳴効果は鳥類の磁気コンパスのラジカル対機構を示唆している。自然。 2004

[35]渡り鳥の行動に関する社会的学習科学。 2013

[36]モーターによる移動：未来か、それとも単なる空想か？バイオサイエンス。 2003

[37]気候による飛行経路の変化と記憶に基づく長距離移動。自然。 2021

[38]内分泌による移動のメカニズム鳥の渡り。 1990

[39]北極の春：渡り鳥の到着生物学。中央動物学雑誌。 2004

[40]春季中継地での脂肪貯蔵中のオオソリハシシギの内臓と筋肉組織の戦略的なサイズ変化。機能生態学。 2003

制作：中国科学博覧会×知乎

著者: 心波と干し魚 (知湖生物学優秀解答者)

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。

この記事は中国科学博覧会（kepubolan）に最初に掲載されました。

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