このペンギンは独特な換羽方法を持っていて、最近ちょっと困っているらしい…

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、中国の先端技術プロジェクトは「生命の新知識」シリーズの記事を立ち上げ、生命科学分野の最先端の成果を厳選し、できるだけ早く平易な言葉で解釈しました。人生の世界を探求し、無限の可能性を探求しましょう。

記事を始める前に、サウスジョージア島のアシカに注目してみましょう。

サウスジョージア島のアシカ

(画像提供: ジョン・イーストコット)

不幸そうに見えますが、その理由は単純です。その体は、本来のものではない毛で覆われているからです。この土地は、偶然にもキングペンギンの生息地でした。ちょうどキングペンギンの換羽期で、地面は冬に抜け落ちる羽毛で覆われていました。アシカは泥の中で転がり、体が白い羽で覆われていて、少し恥ずかしそうでおかしな様子でした。

キングペンギンに限らず、ペンギンはみんな換羽期があり、厄介な時期です。キングペンギンが幼鳥で換羽期のときは、皮が半分剥がれたキウイフルーツのように見え、キバタンペンギンは着古したダウンジャケットを着ているように見えます...

皇帝ペンギンの換羽

(画像出典: メトロ)

これらのペンギンはすべて、毎年の集中的な換羽過程を経ており、その間は断食し、古い羽が抜け落ちる前に新しい羽が生えます。

キバタンペンギンの換羽

(画像出典: ブリタニカ)

脱皮の主な理由は、保温と防水を保つためです。ペンギンは寒い環境に生息しており、体温を維持するために羽毛の断熱性が不可欠です。時間が経つにつれて、古い羽毛は断熱性と防水性を失います。ペンギンは羽を換羽することで羽を再生することができ、新しい羽は最適な断熱性と防水性を備え、極寒の環境でも体温を維持するのに役立ちます。

少し変わった方法で羽を脱ぐペンギンの種類がいます。それがパプアペンギンです。換羽の過程では、古い羽毛が抜け落ちる前に新しい羽毛が合成されます。そのため、初期段階では羽毛が二重になり、非常にふわふわになり、セーターを二枚重ね着しているのと同じ状態になり、ペンギンは非常に暑くなります。

ジェンツーペンギンは羽毛が二重に生えています（左）。もう 1 羽は羽が換羽し始めたばかりです（右）。

（写真提供：アニエス・ルウデン）

これは、ジェンツーペンギンの換羽の初期段階では、新しい羽が成長して皮膚の表面に現れ始め、古い羽がまだ完全には抜け落ちていないため、ペンギンは新しい羽の急速な成長をサポートするために代謝が活発な状態にあるため、完全に可能です。このとき、二重の羽毛は熱をうまく遮断し、体自身の代謝によって大量の熱を生み出します。高い代謝と高い断熱性が組み合わさると、当然のことながら過熱のリスクが生じます。

ジェンツーペンギン

(画像出典: wiki)

この見解を検証するため、2022年の晩夏から初秋にかけて、フランスのブレスト大学のアニエス・ルーデン氏がブレスト水族館を訪れ、研究のために31羽のペンギンを発見した。

科学者たちは熱画像カメラを使用して、ペンギンの胴体、目の周り、くちばし、ひれ、足など、ペンギンのさまざまな部分の表面温度を毎朝測定した。サーマルイメージングカメラは、表面から放射される赤外線を検出し、それを温度データに変換します。

まず、ジェンツーペンギンの換羽期は7段階に分かれています。科学者たちは、ポップコーン期の換羽の初期段階で羽毛が2層になる時期を、愛情を込めて「M2期」と呼んでいます。

ジェンツーペンギンの換羽

（画像出典：参考1）

科学者たちは熱画像法を使って、ジェンツーペンギンの換羽期に地表温度がどのように変化するかを解明した。下の画像では、10°C から 32°C までのカラー スケールが使用されており、色は青 (低温) から黄色 (高温) まで変化しています。

ジェンツーペンギンの換羽中の表面温度の変化を熱画像で示す

（画像出典：参考1）

B のペンギンは、すべての段階の中で胴体表面温度が最も低いことがはっきりとわかります。羽毛が抜ける最初の時期（M3）で、体表温度が16℃から15℃まで下がり、低温色（青や紫）が増えた。これは、羽毛が二重になっていることで断熱性が向上し、セーターを2枚着ても非常に暖かいことを示しています。

同時に、ペンギンの胴体の温度は低いですが、目の周りはまだ非常に熱い（非常に明るい）状態です。目の周りの皮膚は薄く、血管が豊富にあるため、この部分の温度変化はペンギンの体幹温度をよりよく反映します。つまり、体温が上昇すると、目の周りの温度もそれに応じて上昇します。

科学者たちはソフトウェア計算により、M3では眼周囲温度が約30℃から32℃に上昇し、中期段階（M3からM5）を通じて高いレベルを維持したと算出した。目の周りの温度が上昇するのは、ペンギンが目の周りを通して熱を発散させている兆候であると考えられます。足、くちばし、ひれも熱画像では白い光を発しているのも同様です。

ジェンツーペンギンの古い羽毛段階（M1）では、断熱性が低く、熱が逃げて表面温度が高くなります。つまり、古い羽毛は暖かさを保てないので、換羽する必要があるのです。古い羽毛が抜け落ち、新しい羽毛が成長するにつれて、胴体表面の温度は徐々に上昇し、新しい羽毛が完全に成長すると（M7）、最終的には初期レベルに戻ります。

ジェンツーペンギンは換羽の初期段階にあるため、セーターなどを2枚重ね着するとより暖かくなり、体温も上昇します。幸いなことに、二重セーターは胴体部分のみに着られており、熱を放散する出口となる目、口、ひれ、足の周りの毛は比較的少ない。これらの領域の温度が上昇すると、ペンギンは放射と対流によって体内の余分な熱を放散し、体温を安定させることができます。

もちろん、ジェンツーペンギンには体温を調節する他の方法もあります。研究によると、ペンギンは脱皮中に末梢血流を増加させることで体温を調節することが分かっています。

ジェンツーペンギンがひな鳥の世話をしている

(画像出典: wiki)

地球温暖化が進む中、科学者たちはジェンツーペンギンの二重毛皮が熱中症のリスクを高めるのではないかと懸念している。周囲の温度が上昇すると、ペンギンは換羽中により大きな熱ストレスを受ける可能性があるため、体温を調節するためにより多くの熱放散メカニズムを使用する必要があります。

しかし、生物は常に一定の適応能力を持っています。 2019年に南極半島に生息するジェンツーペンギンを対象に行われた研究では、気候変動を背景に、これらのペンギンが分布範囲を拡大し、氷のない新たな生息地に新たな繁殖コロニーを築いていることが判明し、ジェンツーペンギンが環境の変化にある程度適応できることを示唆している。

別の研究では、DNA分析を使用して過去の気候変動がジェンツーペンギンの個体群に与えた影響を評価し、歴史的にジェンツーペンギンは強い適応力を示してきたことが判明した。この結果は、将来の気候変動がペンギンの個体群に及ぼす潜在的な影響を予測するのに役立つ可能性がある。

しかし、気候変動がさらに激化すると、ペンギンはより大きな不確実性に直面することになり、彼らの生息地と食糧供給を保護することは依然として重要な対策です。

参考文献:

1.Lewden A、Halna du Fretay T、Stier A. 体表面温度の変化は、飼育下のジェンツーペンギンの壊滅的な換羽に関連する熱的課題を明らかにするJ.実験生物学ジャーナル、2024年、227(11)。

2.ケルトン・W・マクマホン他「同所性ペンギン種の歴史的人為的搾取と最近の気候変動に対する異なる栄養反応」PNAS（2019年）。

3. ペーニャMF、プーリンE、ダンタスGPM、他。歴史的な気候変動は南極のジェンツーペンギン（Pygoscelis papua）の個体数に影響を与えましたか？ PLoS One, 2014, 9(4): e95375. 原著論文

4. Tattersall、GJ、Roussel、D.、Voituron、Y.、Teulier、L. (2016)。鳥類における複数のストレス要因に対する新しい省エネ戦略：体温の超日周期調節。プロセスR. ソシエテB 283, 20161551