最高峰の山頂で極寒を生き抜くために「シャットダウン」した赤ちゃんマウス

2019年初頭、生物学者のジェイ・ストルツは息苦しさを感じている。 彼はある噂を頼りに、エベレストの4分の3ほどの高さにあるチリの火山、ルルラヤコの頂上にたどり着いたところだ。

この高さでは空気が薄いので酸素があまりなく、一歩一歩が努力である。 Storzの同僚、Mario Perez Mamaniが岩の間に動きを見つけ、Storzは行動を開始する。 シュトルツは見事に岩を掴み、腰を下ろして微笑んだ。 その拳の中には、世界で最も高い場所に生息する動物が収まっていた。

私はカナダの生物学者で、シュトルツを含む国際チームの一員として、動物が極限環境にどのように適応するかを学ぶために、山の頂上のネズミを研究しています。 アンデスからヒマラヤにかけての高地では、小型のげっ歯類やウサギの近縁種が文句なしの高地性生活者なのです。 私たちの研究種である北米シカネズミ (Peromyscus maniculatus) は、海抜から最も高いロッキー山脈の頂上まで生息しており、大陸の哺乳類の中で最も広い高度範囲に生息しています。

Surviving extreme environments as a pup

山頂は地球上で最も過酷な環境の一部で、多くの頂上は1年中氷点下の寒さになっています。 小さなネズミにとって、これは大きな問題です。 鳥や哺乳類のようなほとんどの温血動物（内温動物）は、食物から得たエネルギーで自分の熱を作り、体温が下がりすぎないようにする。 哺乳類は筋肉を使って体を震わせたり、褐色脂肪組織という特殊な脂肪を使って、震えることなく熱を作ったりします。 震える筋肉も褐色脂肪も、熱を作るためにエネルギーと酸素を必要とする。

山の上では酸素が不足するが、高地性ネズミはこの問題を回避する方法を見つけた。 ロッキー山脈やホワイトマウンテンに生息する北アメリカシカネズミの高地個体群は、熱生産を最大化するように進化してきた。 褐色脂肪と骨格筋は脂肪燃焼装置であり、特殊な循環器系と呼吸器系は必要な酸素と燃料をすべて供給してくれる。

Generating heat for survival

一部の哺乳類は、熱を生み出すメカニズムが完全に機能する状態で生まれてきます。 しかし、多くの種では、これらのシステムは誕生後に成熟します。 ヒトやマウスを含むこれらの動物では、褐色脂肪が最初に成熟し、初期の熱産生を担う。

海抜高度では、赤ちゃんマウスの褐色脂肪は約8日で発達する。 その時点で、赤ちゃん（子ネズミ）は3倍の大きさになり、毛が生え始めている。 あと2週間もすれば家を出られる年齢になるが、この最初の数週間が危険なのだ。 捕食の危険性が高く、成長のためのエネルギーコストがかかるため、野生で生まれた子ネズミのうち、大人になるまで成長できるのは半分以下と言われている。

しかし高地ネズミは、この幼少期を生き抜くために驚くべき戦略を進化させました。 私たちの研究では、標高の高いシカマウスの仔の熱産生系は、標高の低いマウスに比べてゆっくりと成熟することがわかりました。 このような形質の原因となる遺伝子を調べたところ、褐色脂肪と骨格筋の両方で、熱産生に関連する代謝経路が高標高の子ではオフになっており、母親を暖めるために頼らざるを得なかったことがわかりました。 低地の子ネズミは、この頃になると、熱を生み出す特殊な褐色脂肪を使って暖をとることができるようになる。 高地に生息する仔ネズミは、この組織の成熟を遅らせるように進化してきた。 (Cayleih Robertson)

母ネズミは、授乳中の子ネズミの上に座って、快適な温度を保つ。

寒さに対する耐性

人間は体が2℃下がると低体温になるので、これは危険だと思われるかもしれません。 しかし、子ネズミは驚くほど寒さに強いのです。 体温が何時間も氷点下まで下がり、母親が戻ってくるとまた温まるのです。

私たちの研究から、高地ネズミは暖かくしているよりも、成長のためにエネルギーを使うことを節約しているのではないかと考えています。 寒さと低酸素の組み合わせは、ほとんどの哺乳類の赤ちゃん（ヒトからネズミまで）が高地で適切に成長できないことを意味します。

シカネズミが高地で成体まで生き残れるのは、代謝活動を遅くしてエネルギーを節約する能力があるためです。 これは、成体のシカネズミが用いる戦略とは正反対であるため、私たちの研究は、ある種がどのように進化してきたかを理解したければ、若い動物を研究することがいかに重要であるかを明らかにするものです

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