赤ちゃんを産むには私たちが考えていたよりも10倍のエネルギーが必要かもしれない

子どもを持つことにはお金がかかることは誰もが知っているが、その真実はあなたが思っている以上に普遍的である。5月16日にサイエンス誌に発表された新しい研究によると、動物種全体で、子孫を産むことはこれまで考えられていたよりも最大10倍のエネルギーコストがかかる可能性がある。特に、著者らによると、これまでの生物学理論では、子どもを妊娠している母親の間接的な代謝コストが著しく過小評価されていたという。

この初めての分析では、卵が産まれたり子孫が生まれたりした後の親の世話（授乳や餌の供給など）にかかる費用は除外し、卵や子孫を生み出すために必要なエネルギー投入のみに焦点を当てている。それでも、新しい命をこの世に生み出すために、生物学的に多大な代償が払われていることがわかった。この研究結果は、生物学と生態学の基本的な理解、そして野生生物の保護や気候変動下での生物多様性の将来予測にも影響を与える。

「これは教科書を書き直すようなものです」と、この新しい研究には関わっていないケンタッキー大学の生物学助教授ロビー・バーガー氏はPopSciに語った。「生合成のコストはしばしば無視され、かなり小さいとみなされてきました。しかし、これは、受精から出産までの子孫の成長と発達に莫大なコストがかかることを示し、それがバイオマスにはならず、すべて燃やされてしまうのです。」

「私たちの多くは、生殖の直接的なエネルギーコストを解明しようとしており、間接的なコストは無視できるという仮定にある程度同意しています」と、研究チームには参加していないワシントン大学の進化生態学者ローレン・バックリーは言う。「これらの著者は、間接的なコストが直接的なコストを上回ると言っています。これは、環境における生物のエネルギーについて私たちがどう考えるかに大きな影響を与えます。」

生殖においては、子孫、つまり卵から孵った幼体や出産で生まれた新生児によってエネルギーが体現されます。この直接的なエネルギーは母親からもたらされ、新しい個体の生物学的組織として形成されます。このエネルギーコストは、子孫の構成を評価し、その中に含まれるエネルギー量を推定することによって測定されます。

しかし、生殖には間接的なコストもある。それは、これまでほとんど定量化されてこなかった、子孫を合成して育てるのに消費されるエネルギーだ。新しい研究によると、多くの種、特に哺乳類では、後者のコストが前者を大幅に上回る。メルボルン大学の生態学者で生物学者のマイケル・カーニー氏は、この研究結果から、動物の製造は車のエンジンを動かすのと同様に非効率的なプロセスであることがわかったと述べる。生殖に投入されるエネルギーの大部分は、新しい生命の形成を​​可能にする化学反応や生物反応から生じる熱やその他の代謝副産物として無駄になる。組織を合成するには、結果として得られる組織自体に含まれるエネルギーよりも多くのエネルギーが必要になる。

この研究では、動物を分類群全体にわたって評価し、卵を産む外温動物（一般に「冷血」動物として知られる）、胎生外温動物（多くの爬虫類や節足動物など）、そして子どもを育て体内で体温を管理する哺乳類（つまり「温血」）の3つのグループに分けた。コストは種によって大きく異なるが、平均すると卵を産む外温動物の場合、生殖にかかる総エネルギーコストの平均約40％が間接的であることが研究者らによって判明した。胎生外温動物の場合、その割合は約半分にまで上がる。そして哺乳類の場合、生殖中に消費される間接的な代謝エネルギーの量は、受精から出産までのプロセスで使用される総エネルギーの約90％を占める。

これらの数字を導き出すために、科学者らは何千もの研究論文に目を通し、動物の代謝と生殖に関する以前に発表された 171 件の関連論文を正式に評価し、合計 81 種のデータを網羅した (過去の研究が不十分なため、鳥類は定量分析から除外された)。メタ分析に含められた研究は、個々の動物がベースラインで燃焼していたエネルギー量、卵や幼体を運ぶときに消費されたエネルギー、および/または子孫のエネルギー含有量に関するデータを含む研究であった。この過去の研究から、著者らはさまざまなデータを統合し、生殖の直接的コストと間接的コストの両方を理解するための単純な数学モデルを作成した。彼らは、生殖の間接的コストは、幼体や卵を運ぶのに費やされた時間と、そのライフステージに関連する代謝の増加に関連した線形関数であると推定している。

研究者らは、3 つの分析グループ内のいくつかの種の間接的な生殖コストもモデル化した。哺乳類の中では、コウモリの間接コストが最も低く、生殖エネルギー全体の約 75% を占めるのに対し、人間は最も高い部類に入ることがわかった。受精から出産まで、人間の妊娠は新生児に蓄えられる直接エネルギーの 24 倍もの代謝エネルギーを消費する。言い換えれば、子供を産むための間接コストは生殖の総エネルギー負荷の 96% を占める。

余剰エネルギーがどこに行くのかは正確には不明だが、研究者らは胎盤の形成や子孫の代謝自体が母親のカロリーを消費しているのではないかと仮説を立てている。確実に知るにはさらなる研究が必要だ。

明らかなのは、この研究結果が真実であれば、動物生物学の多くを再評価する必要があるということだ。「私たちの研究は、動物の成長とその生涯に関するほとんどの生物学的モデルに直接疑問を投げかけるものです」と、オーストラリアのモナシュ大学の博士課程の学生で、研究の筆頭著者であるサミュエル・ギンサー氏はPopSciに語っている。

カリフォルニア大学バークレー校の統合生物学者で、この研究には関わっていないキャロライン・ウィリアムズ氏は、この新しい生殖モデルは、生態系の収容力の推定値や、種の生存を支えるために必要な資源に関する理解を大きく変える可能性があると話す。また、生物が成長と生存のために行うトレードオフに対する理解も変わる可能性がある。体の大きさや寿命などは、私たちが考えていた以上に生殖の影響を受ける可能性があると、ウィリアムズ氏は指摘する。老化も生殖代謝と密接に関係している可能性があるとバーガー氏は付け加える。おそらく、子供を産むコストが動物の老化を早めるのかもしれない。

より大きな視点で見ると、この発見は、気候変動が地球上の生命にどのような影響を与えているかという懸念を強めるものだ。ギンサー氏と彼の同僚は、外温動物の代謝は周囲の温度と複雑に関係しており、気温の上昇とともに増加すると指摘している。彼らは、地球温暖化によって、すでに高い生殖の代謝コストがさらに増加し​​、特に冷血動物の間で、より小さく、より活発でない子孫が生まれる可能性があると仮説を立てている。

「多くの生物は、特に気候変動や異常気象の状況下では、エネルギーの限界で生きています」とバックリー氏は言う。「これまで考慮していなかったコストがあるとすれば、それは私たちが気づいていなかった生物や生態系の健全性に対するさらなる課題です。」

この研究は、妊娠と生殖をよりよく理解するための「本当に良い最初の一歩」だとウィリアムズは言う。しかし、やるべきことはたくさんある。彼女は、さまざまな動物種の実際の（モデル化されていない）エネルギーコストに関するデータがもっと必要だと指摘する。この限られたデータの結果、研究のサンプルサイズは小さかった。バックリーは、著者らは数学モデルを作成するために、たとえば間接的な代謝コストは妊娠期間を通して直線的に増加するなど、いくつかの大きな仮定を立てなければならなかったと付け加える。「仮定は全体的に合理的に思えますが、今後、人々が生殖コストをより正確に定量化しようとするのを見るのは興味深いでしょう」と彼女は説明する。そして、哺乳類の授乳と妊娠の比較コスト、雄の生殖エネルギーコストも過小評価されているかどうか、そして鳥がこのすべてにどのように当てはまるかなど、多くの疑問がまだ答えられていない。

これは「私たちがいかに知らないかということに光を当てる」とカー​​ニー氏は言う。しかし少なくとも、私たちは母性について過小評価されてきた側面を初めて垣間見ることができた。