氷に色をつけて、トッピングを添えて…ペンギンのうんちはあなたが思っている以上に魔法の力を持っています

南極では、愛らしいペンギンが雪原でよく見られます。さらに不思議なのは、ペンギンの糞が南極のユニークな景観にもなっていることです。南極を訪れる観光客も、ここで科学研究を行っている科学研究者も、皆これに深い感銘を受けています。

図1 出典：サイエンス

しかし、本当に彼らに一生「記憶に残る」のは、悪臭、つまり塩辛くて湿った海水と混ざった独特の魚臭であり、南極でペンギンに遭遇したほとんどの人はそれを忘れることができないほどです。

しかし、人間にとっては臭くて汚いと思われるものも、実はペンギンにとっては非常に有用なものなのです。

ペンギンは、鳥綱、鳥亜綱、ペンギン科に属するすべての種の総称です。

ほとんどの人がペンギンについて抱くイメージは、その典型的な白黒の色合い、直立歩行、そして南極大陸に生息していることです。実は、ペンギンは南極以外にも南アフリカ、アルゼンチン、ニュージーランド、ナミビアなどにも分布しています。

見た目は似ていますが、ペンギンの種類によって見た目に若干の違いがあります。たとえば、皇帝ペンギンは最も大きく、首の周りに淡い黄色の円があります。ヒゲペンギンは顎の下に細い帯があるため、この名前が付けられました。

図2 ヒゲペンギン 出典: ブリタニカ

ペンギンは古代から泳ぐ鳥で、飛ぶ能力は​​失っていますが、水の中ではとても快適に過ごしています。したがって、ペンギンの主な食料源には、オキアミ、イカ、小魚などが含まれます。

ペンギンは大きさや体重によって食の好みが異なり、小型のペンギン（アデリーペンギンなど）は主にオキアミに依存しています。オキアミは、寒い南極で生き残るために必要なエネルギーと栄養素を提供する小さな甲殻類です。

図3 出典: americanoceans

大型のペンギン（皇帝ペンギンなど）には選択肢がさらに多くあります。イカ、シラス、アンチョビなどの魚種は、海上で活動してエネルギーを得るペンギンにとって非常に適しており、十分なタンパク質、炭水化物、コレステロールを含んでいるため、大型ペンギンに非常に人気があります。

ペンギンの食べ物は単調で量が多いため、糞は食べ物の色で染まっており、現在の南極大陸は一面の白いものではなく、ピンクや青の部分が点在している可能性もあることは特筆に値します。中でもアデリーペンギンは最も貢献度が高く、毎年約150万トンのオキアミを消費しています。オキアミに含まれる天然色素アスタキサンチンは、生物学的「工場」で変換された後、ペンギンの糞便を通じて南極の氷原に「焼き付けられる」。

図4 出典: allthatsinteresting

繁殖期には、南極では多くのペンギンが集まります。仲間を見つけるだけでなく、彼らは「一緒に排便」もします。

南極の気温は低く、直射日光も弱いため、卵が氷の上に直接産みつけられると、卵の生理的状態に疑問を持たざるを得ません。

このとき、熱い糞便の大きな波が作用します。ペンギンは代謝が非常に速いため、平均して20分に1回、1時間あたり最大6～8回排便します。ペンギンは、このような高密度かつ激しい排便により、雪の上の広大な繁殖地をすぐに一掃することができます。

図5：恐ろしいほどの雪解け力。出典: ザ・ヴァージ

白い雪原が消えて、暗い地表が現れます。白い表面と比べると、暗い表面は長時間日光にさらされると太陽の熱をいくらか吸収することができ、ペンギンの卵が孵化するのに適した条件を提供します。

さらに、赤ちゃんペンギンのスムーズな出産を確実にするために、卵の抱卵を担当するオスペンギンは、あらゆる危険な状況を排除します。つまり、排尿や排便をしているときでも、巣から出ることはほとんどありません。

図6 出典: penguinsinternational

日本の発光生物学研究所のビクター・ベンノ・マイヤー・ロチョウ教授が撮影した写真には、ペンギンが巣の横で排便する様子が記録されていた。「ペンギンが立ち上がり、ゆっくりと巣の端まで移動し、向きを変えてお尻を上げ、半液体状の白い（ピンク色の）跡を数十センチ残しました。」

画像7 出典: Alexey Seafarer/Shutterstock.com

この行動は2人の物理学者も興味をそそられた。彼らは、この種の排便がどのくらい遠くまで飛び散るのか、またペンギンの総排泄腔がどのくらいの圧力を発生させる必要があるのか​​を知りたいと考えていた。

計算により、ペンギンが排便する際、糞便は30～40センチも飛び、直腸は10～60キロパスカルの圧力を生み出すことが分かった。これは、人間が排便する際に直腸に必要な圧力の3倍にあたる。

図8 出典: improbable

この研究は2005年のイグノーベル賞も受賞しました。 10年以上経って、ペンギンの排泄問題が2人の日本人科学者によって再び取り上げられた。その理由は、当時の研究ではペンギンが水平にいるときのスプレー距離のみを考慮していたためである。しかし、ペンギンが岩の上など高い位置に立っていた場合、ニュートンの運動方程式に基づいて、最大噴霧距離は1.43メートルに達すると推定された。

ペンギンの排便の物理学を再検討する必要があるのは、ペンギン飼育者がペンギンの排便の飛散距離をより正確に把握し、一定の安全距離を維持できるようになるためです。

しかし、境界感覚を持たないペンギンの群れにとって、このように排泄された糞便は、他のペンギンの近く、あるいは上に簡単に「降り注ぐ」可能性があります。そのため、孵化期間中、ペンギン本来の「紳士的な態度」は消え、本物の「溺れたネズミ」になってしまうのです。

図9：「境界感覚のないペンギンが嫌い」出典：reddit

南極の象徴的な種の一つであるペンギンの個体数状況を把握することは非常に重要ですが、ペンギンの個体数調査を実施するのは簡単ではありません。科学者が南極の過酷な環境下で徹底的な捜索を行ってペンギンを探すのは当然非常に困難であり、空中の衛星を使ってペンギンの痕跡を見つけることも困難です。

しかし驚いたことに、ペンギンは見つからなかったものの、衛星画像には白以外の「斑点」がはっきりと現れた。はい、それはペンギンの糞でした。

科学者たちはこの情報を利用して、多くのペンギンの生息地を正確に特定しました。たとえば、衛星画像をスキャンすることで、世界最大のアデリーペンギンの生息地が発見されました。

図10 出典: Penguinmap.com/Google Earth

南極の端にある小さな島、デンジャー諸島には約 150 万羽のアデリーペンギンが生息しています。名前の通り、この島は南極大陸から遠く離れており、一年中厚い氷に覆われているため、研究者がこの島で調査を行ったことは一度もありませんでした。

デンジャー諸島には、南極大陸の他の地域を合わせたよりも多くのアデリーペンギンが生息していることが判明しました。この発見により、もともと減少していたアデリーペンギンの個体数は逆転し、ペンギンの個体数は過去最大となった。

また、リモートセンシング衛星画像（1メートル未満レベル）の精度が向上し続けるにつれて、科学者は画像を通じて直接グループの検出や個体数の推定を行うこともできるようになり、ペンギンを追跡する難しさが大幅に軽減されます。

つまり、ペンギンの糞はペンギンたちに安全な避難場所と雛を育てる場所を提供するだけでなく、人間にペンギンの個体数に関する多くの重要な情報も提供しているのです。もちろん、もっと重要なのは、ペンギンの糞が「肥料」として果たす最も基本的な役割を無視できないということです。

画像 11 出典: Stef Bokhorst

深海におけるクジラの死骸と同様、南極における糞便は、まさに土の中のカーニバルそのものである。排泄物に含まれる窒素、リン、炭素などの豊富な栄養素が南極の土地を肥沃にします。 2019年の研究によると、ペンギンが排泄する場所から1キロメートル以内の生物多様性は他の地域よりも8倍高く、南極の食物連鎖に最も原始的な力を与えている。

参考文献:

1.アザラシやペンギンの糞によって作られた南極のホットスポットでは生命が繁栄している https://www.science.org/content/article/life-thrives-antarctic-hot-spots-created-seal-and-penguin-poop

2.ランドサット7号を用いたアデリーペンギンの個体数と分布のマッピング：大陸規模での個体群追跡のための統合マルチセンサーパイプラインに向けた第一歩 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0113301

3.ペンギンのうんちの圧力、新たに計算 https://improbable.com/2020/07/03/penguin-poo-pressure-calculated-anew/、

ペンギンの糞はピンク色で量が多いので宇宙からでも見える https://allthatsinteresting.com/pink-penguin-poop

4.ペンギンのふんの有用性 https://www.penguinsinternational.org/2020/02/09/the-usefulness-of-penguin-poo/

終わり

著者: 魚

中国科学作家協会優秀科学普及作品銀賞受賞

蒸し魚の頭、スパイシーな魚の頭、その他の魚の頭が好きな人

編集者: グル