殻や子宮の中からでも胎児は聞いている

50年以上前、研究者たちは、ニワトリが孵化する前から母親の鳴き声を覚え始めていることを発見した。1967年にサイエンス誌に発表されたこの研究結果は、ニワトリの胎児が何らかの方法で外界の音を聞き、その情報を解釈して記憶していることを実証した。

そして、それはニワトリの胚だけではない。新しいレビュー論文によると、さまざまな動物の胚は卵子や子宮の中にいる間に外部の音や振動を感知する。

「本当に驚いたのは、胎児が音を使うことがいかに一般的であるかということです」と、オーストラリアのジーロングにあるディーキン大学の行動生態学者で、本研究の筆頭著者であるミレーヌ・マリエット氏は言う。「胎児は、私たちが思っているほど外界から隔離されているわけではありません。」

学術誌「Trends in Ecology and Evolution 」に掲載されたこの新しい研究では、昆虫から両生類、哺乳類まで、動物界全体を対象に、出生前（誕生または孵化前）に音や振動を感知し、何らかの反応を示すと思われる研究を取り上げている。音に対する一般的な反応の1つは、卵の孵化を戦略的に調整、遅らせ、または早めることだとマリエット氏は言う。「卵を産む動物はすべてそうしているようだ」

例えば、カメムシは卵から出てくる兄弟の音を利用して同時に孵化するように調整し、アオガエルは近づいてくる捕食者の音に反応して早く孵化します。

しかし、マリエットがこのテーマに最初に興味を持ったのは、キンカチョウに関する自身の研究からでした。この小さく社交的な鳥は、オーストラリア中央部の砂漠地帯の生息地での生活に適応しています。暑い環境で体を冷やすために、キンカチョウは犬のようにハアハアと息をして、聞こえる「ヒートコール」を発します。暑ければ暑いほど、ハアハアという音が頻繁になります。

2016 年の研究で、マリエットは、親鳥が頻繁にヒート コールを発すると、フィンチの胎児に、特に暑い時期にこの世に誕生する準備が整ったことを知らせる信号を送るようだということを発見しました。卵は親鳥の底の下で温度管理された環境で孵化するため、独自に外気温を感知することはできません。そのため、ヒート コールは孵化前の赤ちゃんに、それまでに知らなかった情報を提供します。この新しいデータは、長期的な発達の変化につながるようです。ヒート コールにさらされた後に孵化したキンカチョウの雛は、成長が遅いなど、高温での生活に適した異なる特性を持っていました。

音を物理的変化に変換する鍵は、幼鳥の遺伝子にある。「持続的で発達を変えるあらゆる種類の生物学的変化は、遺伝子発現の変化を伴う」と、クレムソン大学の分子生物学者で神経科学者のデイビッド・クレイトン氏は言う。同氏は成鳥の遺伝子発現の変化を研究しており、このレビュー研究の著者でもある。

遺伝子発現のこうした変化は、エピジェネティックな変化とも呼ばれます。エピジェネティックな変化では、実際の DNA コードは変化しませんが、DNA がタンパク質に変換される程度を変えることで、遺伝子の効果が増幅されるか、抑制されます。遺伝子の機能を実際に担うのはタンパク質であるため、DNA をタンパク質に転写する分子 (間にいくつかのステップがあります) が停止すると、遺伝子は事実上オンまたはオフになります。

そもそも胚が音を感知できる仕組みはもっと複雑だ。研究者らは、哺乳類や鳥類などの動物について一つの可能​​性を示している。胚では耳や音を解釈する脳の部分は完全には形成されていないが、扁桃体（感情に関与する）など発達中の他の脳領域が、無意識の音の感知と解釈に役割を果たす可能性がある。しかし、すべての脳が同じというわけではない。例えば昆虫の脳には扁桃体がなく、構造が全く異なると、2018年に鳥類のみに焦点を当てた関連レビュー研究を執筆したイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の行動生態学者マーク・ハウバー氏は言う。

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この分野のこれまでの研究は、鳥と人間に焦点が当てられてきた。なぜなら、鳥と人間は音声を学習する能力が共通しているからだ。しかし、ハウバー氏は、この新しい研究は「学習よりも聴覚が重要だ」ということを示していると語る。胎児が音を感知できれば、反応できるのだ。

この能力は、胚が卵として産まれた後も環境と継続的に関わり合うことができることを意味しており、親との生理的なつながりがなくても急激な変化に適応できる。「胚は環境の最新情報を得ることができます」とマリエット氏は言う。「熱波や捕食動物など、環境の最新情報は胚に、特定の条件に合わせて成長を調整するための多くの情報を与えてくれます。」

体内で子どもを妊娠する哺乳類やその他の動物の場合、胎児の音を解釈する能力が、母親のストレスホルモンレベルなどの内部の手がかりと組み合わさって、特定の音と状況を結び付ける可能性があるとマリエット氏は言う。たとえば、妊娠したネズミと胎児の両方が何かを聞いて、妊娠したネズミのストレスホルモンレベルが上昇すると、胎児はその音が脅威を示していると学習し始める可能性がある。

しかし、個々の動物の発達を超えて、音の合図に反応する胚は、キンカチョウのような一部の種が、気候変動のような急速な環境変化にこれまで予想されていたよりもうまく適応する準備を整えることになるかもしれないとマリエットは言う。また、騒音公害がこれま​​で考えられていたよりもさらに有害である可能性もある。交通騒音のような騒音公害は、ストレスを増大させ、幼体や成体でのコミュニケーション能力を阻害することで動物に悪影響を及ぼすことがすでに研究で示されているが、その妨害プロセスは卵子や子宮の中で、さらに早い段階で始まっている可能性がある。

最後に、この新しい研究は、発生生物学における長年の「生まれつきか育ちか」という概念に疑問を投げかけています。コルゲート大学の神経科学者ワンチュン・リュー氏は、動物は特定の生来の特徴を持って生まれることはこれまで認められてきましたが、動物が胎児の頃から環境に反応し始めると、生来の行動の一部は実際には外部条件の産物である可能性があります。「この結果が本当に一貫しているとしたら、生来の行動と学習行動について私たちがどう考えるかに非常に大きな影響を与える可能性があると思います」とリュー氏は言います。

マリエット氏は、この大きな、差し迫った疑問よりも、より多くの音の手がかりを研究する機会に焦点を当てていますが、「[胚]が音から得ることができるすべての情報を考えると、胚の発達に対する私たちの見方はかなり変わりました」と語っています。