新たな科学的発見！ネズミの急増にはなぜ明らかな季節的パターンが見られるのでしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: ビンビンバン (中国科学院動物研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

四季は常に変化しており、春は暖かく、夏は焼けつくような暑さ、秋は涼しく、冬はひどく寒くなります。私たちが四季折々の景色の違いを体験できるのは、地球の自転と公転により、光、降水量、気温などが毎年変化し、四季がはっきりと分かれているからです。

（写真提供：Veer Gallery）

「春が来て、すべてが生き返り、動物たちの交尾の季節がまたやってきました...」

これは「動物の世界」によく出てくる文章です。天気がだんだん暖かくなるにつれて、すべてのものが生き返るようです。動物は季節によって行動が異なるのはなぜでしょうか?

温帯や寒帯に生息する哺乳類は、季節ごとの環境変化に適応するため、長い進化の過程で、外部環境の変化と同期した一連の季節的な生理学的特徴を徐々に発達させてきました。彼らは環境の変化をタイムリーに認識して予測し、それに適切に対応することができるため、生存資源の豊富さと不足の周期的な変化に対応することができます。

その中で、生殖行動は、高エネルギー消費の生理的行動として、当然のことながら毎年の特定の期間に限定されており、小動物における典型的な季節的生殖現象につながっています。

光周期は、さまざまな環境要因の中でも周期的に変化する最も安定した環境要因であるため、動物にとって環境の変化を予測する最も重要な基礎となっています。つまり、動物は外界の明暗の長さを感知することで季節の変化を感じ取り、季節に応じて繁殖に適した状態に体の状態を調整しているのです。

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春と夏に繁殖するハタネズミ

暖かい季節になるといつも外に出たがる小動物がいることに気づいたことがあるでしょうか。実際、比較的暖かい時期が彼らの繁殖期である可能性があります。

内モンゴルの草原に分布するブラントハタネズミを例に挙げてみましょう。典型的な野生のネズミの一種で、繁殖期は日照時間が徐々に長くなる春から夏（3月から9月）に始まり、秋から冬に終わります。一年のうちの特定の季節にのみ繁殖するこの特徴を季節繁殖と呼びます。では、この季節的な繁殖は光周期によってどのように制御されるのでしょうか?

中国科学院動物研究所の研究者、張志斌氏が率いる研究チームは最近、腸内微生物がブラントハタネズミの季節的な繁殖に重要な役割を果たしていることを発見した。

微生物学ジャーナル「Microbiome」に掲載された「腸内微生物叢は、オスのブラントハタネズミ（Lasiopodomys brandtii）の季節繁殖に対する光周期の影響に関連している」と題された記事によると、光周期はハタネズミの腸内の微生物叢の種類（腸内微生物とは、動物の腸内に存在する多数の微生物を指します。この微生物群は動物の腸内に生息し、宿主動物がさまざまな生理学的および生化学的機能を果たすのを助けます）に影響を与え、HPG軸-メラトニン-キスペプチン/GPR54システムに作用することで、ブラントハタネズミの季節繁殖を制御できることがわかりました。

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研究チームは、屋内での光周期の長さを人工的に操作し、異なる光周期下におけるブラントハタネズミの身体的状態の特徴を測定した。

結果によると、短い光周期にさらされたブラントハタネズミは、体重増加が遅いだけでなく、生殖腺（精巣と精巣上体）の重量、生殖関連ホルモン（卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン、テストステロンなど）のレベル、関連遺伝子（Dio2、Rfrp-3、Kiss-1、GPR54など）の発現レベルも大幅に低下しており、これは生殖能力の低下の兆候と見ることができます。

これらのデータは、ブラントハタネズミは短日下で生息するハタネズミよりも長日下での繁殖能力が優れていることを示しており、これはハタネズミが3月から9月の長日下で繁殖行動が最も活発な理由も説明しています。

季節による日長の違いの影響

上記の研究から、光周期が体内の微生物叢に影響を与えることがわかっています。では、特定の微生物群はどのように影響を受けるのでしょうか?

研究チームは、異なる光周期下でハタネズミの腸内微生物の組成と構造を測定し、光周期がハタネズミの腸内微生物群を決定することを発見した。

研究者たちは、短い光期間の下で暮らすハタネズミと長い光期間の下で暮らすハタネズミの腸内微生物組成に大きな違いがあることを発見した。長い光周期と短い光周期で生息するブラントハタネズミの糞を移植した後、もともと短い光周期で生息していたハタネズミの生殖関連ホルモン3種（メラトニン、卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン）と生殖関連遺伝子3種（視床下部Kiss-1、精巣Dio3、Dio2/Dio3比）のレベルが、長い光周期で生息するハタネズミの糞を移植した後、長い光周期で生息するハタネズミのレベルと一致するようになったことを発見した。

これは、光周期が腸内微生物の構成に影響を与え、それが動物の生殖能力に影響を与えることを証明しています。腸内細菌の変化は、動物の生殖能力だけに影響を及ぼすわけではありません。さらに、前述の腸内微生物の移植により、ブラントハタネズミの活動リズムも変化しました。長い光周期の下で暮らすハタネズミに微生物を移植した後、もともと短い光周期の下で暮らしていたハタネズミの活動リズムは、長い光周期の下で暮らすハタネズミの活動リズムと一致するようになりました。これは、腸内微生物が動物の生殖能力に影響を与えるだけでなく、動物の活動リズムにも影響を与えることを示しています。

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上記の実験を通じて、研究者は、外部環境の光周期が動物の腸内微生物群集に重大な影響を及ぼす可能性があること、そしてこの腸内微生物群集の変化が視床下部のHPG軸-メラトニン-キスペプチン/GPR54システムに作用して動物の生殖能力を決定し、最終的に生殖能力が光周期と密接に関係するという現象を形成することをほぼ確認できました。

季節の変化の研究から得られる啓蒙

さまざまな季節における光周期の変化を研究することは、げっ歯類の繁殖に明らかな季節的特徴がある理由を説明できるだけでなく、害虫駆除、家畜の飼育、人間の健康管理において重要な理論的指針も提供します。

例えば、特定の短い光期間にさらされた後の腸内細菌叢は、宿主をより容易に眠らせることができ、これは、寝つきの悪い患者の睡眠障害や、出張が多い人の時差ぼけの問題を改善するのに大きな効果があります。

さらに、林業や農業部門では、特定の短い光期間にさらされた微生物群集を利用して、有害なげっ歯類の繁殖を遅らせ、害虫やげっ歯類の過剰な個体数を避けることで、げっ歯類の蔓延を抑制するという目標を達成することができます。

さらに、多くの家畜の繁殖能力も光周期に大きく影響されます (たとえば、馬やロバは長い光周期での繁殖を好みますが、羊やラクダは短い光周期での繁殖を好みます)。したがって、農家は特定の光サイクルにさらされた後の微生物叢を利用して家畜の繁殖を調節し、より大きな経済的利益を得ることもできます。

編集者：郭 雅新