これらのコウモリの狩猟能力の秘密は耳の奥深くにある

コウモリは音を感知する名人であり、その能力の多くは、あの愛らしいほど大きな耳の仕組みと構造に関係している。一連の独特な内耳の特徴によって、あるコウモリのグループが南極大陸を除くすべての大陸で繁栄することを可能にした洗練されたエコーロケーション戦略を進化させた経緯が説明できるかもしれない、と科学者らは本日ネイチャー誌に報告した。

研究者らは、ヤンゴチロプテラとヤンゴチロプテラと呼ばれる2つの主要なグループに属する39種のコウモリの頭蓋骨を調べた。彼らは、コウモリ科のほとんどと反響定位種の82％を含むヤンゴチロプテランは、他の哺乳類とは異なる内耳を持っていることを発見した。これらのコウモリの内耳は蝸牛内に余分なスペースがあり、ニューロンも多く、幅広い環境で狩りをするのに役立っている可能性がある。

「この遺伝子が、ヤンゴチロプテランコウモリの特徴である非常に複雑な反響定位音を可能にしているのではないかと私たちは考えています」と、シカゴのフィールド自然史博物館の哺乳類学芸員で、この研究結果の共著者でもあるブルース・パターソン氏は言う。

コウモリは伝統的に、メガキロプテラとミクロキロプテラ、またはメガバットとマイクロバットと呼ばれる 2 つのグループに分けられてきました。メガキロプテラには、通常、果物や花の蜜を視覚と嗅覚で見つけるオオコウモリが含まれますが、舌のクリック音をエコーロケーション信号として使用するコウモリも少数います。ミクロキロプテラには、喉頭で発生する音を使用するタイプのエコーロケーション (喉頭エコーロケーション) を持つコウモリが含まれます。マイクロバットは、主に農業害虫を含む昆虫やその他の小動物を食べます。

しかし、2000 年以降、遺伝学的証拠から、これらのエコーロケーション動物の一部は、他の小型コウモリよりも大型コウモリに近いことが示唆されています。このことから、研究者は 2 つの新しいグループを提案しました。小型コウモリ類は東半球に生息し、オオコウモリのほか、キクガシラコウモリやネズミオオコウモリなどの科もいくつかあります。一方、小型コウモリ類は世界中に 938 種生息しています。この中には、オヒキコウモリ、吸血コウモリ、オオコウモリ、オオヒキコウモリ、そして常に人気のカリスマ的なホンジュラスシロコウモリが含まれます。

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これらのコウモリに見られる適応の多様性は、ヤンゴカイロプテラ類とインペロカイロプテラ類を区別できる解剖学的特徴を探している科学者を悩ませてきました。「多様性のほとんどはヤンゴカイロプテラ類にあります」とパターソン氏は言います。「そのため、それらすべてを結び付けるものを見つけるのは、干し草の山の中の針を探すようなものですが、この内耳の特徴の組み合わせはまさにそれのようです。」

彼と共同研究者は、現生コウモリ21科のうち19科の頭蓋骨を調査した。研究チームはCTスキャンを使用して小さな頭蓋骨の内部をのぞき込み、顕微鏡で内耳構造の微細な断面を調べた。

ジュラ紀以来、哺乳類はカタツムリの殻のような形の蝸牛の中に独特の内耳構造を持っていました。神経節と呼ばれるニューロン細胞体の集まりが、有毛細胞が受け取った神経インパルスを脳に伝えます。神経節は、神経繊維が通過できる小さな孔が開いた厚い骨壁の中にあります。

しかし、ヤンゴカイロプテラン類では、その構成が少し異なっている。「この螺旋を上っていくと、壁が開きます」とパターソン氏は言う。一部のコウモリでは、小さな孔が「はるかに大きな窓」となり、大きな神経束が通過できるようになる。最終的に、「壁は消え、神経節は管から垂れ下がる」とパターソン氏は言う。他のヤンゴカイロプテラン類では、神経節管の全長にわたって骨壁が存在しない。その結果、コウモリは入ってくる聴覚信号を受信するために、より多くのニューロンを詰め込むことができる。

パターソン氏は、このことが示唆するのは、「骨管の制約からの自由度が増し、神経節のサイズが大きく、神経繊維がより密集していたことが、ヤンゴキロプテランコウモリの爆発的な多様化の原因であった」ということだと言う。

翼手類のうち、エコーロケーションを行う種は、一定の周波数で音波パルスを連発する。この種のエコーロケーションは、葉やその他の雑然とした物の上を走り回る昆虫を見つけるのに優れているが、野外での狩猟にはあまり役に立たないとパターソン氏は言う。翼手類のコウモリは、高音から始めて低音に急降下する、より長い間隔でエコーロケーションの鳴き声を発する。これらの鳴き声は、飛翔する哺乳類に、より遠くまで届く強力な「懐中電灯の光線」を与え、周囲についてより多様な情報を収集することができる。

この戦略は、より広範囲の条件に適応できる可能性がある。「コウモリにとって、この戦略は一種の適応的進歩を表していました。なぜなら、コウモリは夜空を自由に見渡せるようになり、茂みに集中する必要がなくなったからです」とパターソン氏は言う。

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カナダ、オンタリオ州ロンドンのウェスタン大学の生物学者、M・ブロック・フェントン氏は、ネイチャー誌の同号に掲載された短いレビューで、この発見は、ハエコウモリ類に特徴的な壁のある管が、長い時間をかけて変化し、ハエコウモリ類の独特な内耳構造を形成したことを示していると述べている。これは、エコーロケーションがこの分岐以前に出現し、後にハエコウモリ類の一部でその能力が失われたという考えを裏付けている。

「これはコウモリで特定された刺激的な新しい哺乳類の特徴であり、喉頭反響定位が哺乳類でどのように進化してきたかについて新たな光を当て、長年の進化論の議論に答えるのに使用できる」と、この研究には関与していないダブリン大学の教授でコウモリ生物学者のエマ・ティーリング氏は電子メールで述べた。

興味深いことに、研究者らは、近縁種とは異なり、蝸牛の全長にわたって厚い骨壁を持つ2種のヤンゴキロプテランコウモリを特定した。なぜこのような進化の逆転が起きたのかは明らかではないが、パターソン氏は、水面をすくい、足で小魚や昆虫を捕まえるというコウモリの高度に特殊化した狩猟戦略に関係しているのではないかと推測している。

この観察は、両コウモリグループでエコーロケーションがどのように進化してきたかについて、まだ調査されていない多くの疑問が残っているという事実を浮き彫りにしている、と彼は言う。