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ゾウからバクテリアまで、「体重あたりのエネルギー消費量」は共通

WIRED JAPANより

新たな研究成果としてゾウからバクテリアまで、すべての生物が安静時の代謝で消費するエネルギー量は、生物の重量当たりで換算すると同程度になるといっている論文がある。

これはロシアにあるPetersburg Nuclear Physics InstituteのAnastassia Makarieva氏による研究で、ゾウからバクテリアまで、3000種に及ぶ動植物の(安静時)代謝率を比較したものである。

それによると、生物は種によって大きさや構造の複雑さにかなりの違いがあるが、エネルギーの消費量は、どの生物も1キログラム当たり3~90ワットになるという。

ミネソタ大学の生態学者Peter Reich氏は次のように話したという。
 「自然界に偶然というものはあまり存在しないため、多様な生物たちの消費エネルギーがこの狭い範囲に収まるということは、単なる偶然の一致ではない、とわれわれは解釈している。つまり、自然淘汰によって、この範囲に収められていると考えられる」と。

エネルギーを消費してエントロピー[の増大]を避けるのは、生物の基本的機能の1つだ。生物はその形態によって、使用するエネルギー源が異なる。植物は、光合成によって日光を化学エネルギーに変換する。植物や他の生物を食べることで、生命の維持に必要なエネルギーを得ている生物もいる。

今回の論文が主張しているのは、何をエネルギー源とするかにかかわらず、あらゆる生物は基本的な生化学に基づき、細胞のエネルギー消費量においてかなり似通った数値を示している、ということだ。

つまり、ゾウ1頭と同じ大きさのバクテリア群が存在すれば、その群は実際のゾウと同じ量のエネルギーを消費していることになり、その誤差は数字にしておおよそ1桁の範囲内だという。

この主張は、ニューメキシコ大学のJames Brown氏、アリゾナ大学のBrian Enquist氏、ロスアラモス国立研究所のGeoffrey West氏らが[1997年に]行なった、非常に影響力のある研究(PDF)を否定するものだ。3氏はこの研究で、動物の大きさと代謝の間に強い相関関係を見出した。それによると、小さな生物はエネルギーを効率よく消費するが、大きな生物はそうではなく、生物の体が大きくなるに従って、体の大きさに対するエネルギーの生成量は小さくなるという。

ニューメキシコ大学の生態学者チームは、この生物の大きさと代謝率の関係――アロメトリー(相対生長)式を用いたスケール則として知られる――は、体が大きくなるほど栄養素を全身に運ぶのが困難になることから生じた、生命の一般法則だと主張していた。

「人によって賛否の分かれる、非常に刺激的な理論だ。生物学における『一般相対性理論』とでもいうような……。すべての生命を、そして世界に対するわれわれの認識を1つにまとめる画期的な提案をしている点で、大きな前進を果たした理論だ」とReich氏は言う。

しかし、森林生態学を専門とするReich氏をはじめ、各分野の研究者がデータを検証し始めたところ、この法則はすべての生物には当てはまらないらしいことがわかった。

このモデルに従うと、生物の代謝量の差は何千倍にもなるが、Reich氏らは、生物の代謝量の差はそれよりはるかに小さいことを発見した。たとえば、ゾウと単細胞バクテリアの身体の大きさは10の18乗の差があるが、両者の代謝量の差はおおよそ1桁の範囲内にとどまる。

「アロメトリー式のスケール則が当てはまるならば、代謝量の差は4000倍にもなるはずだが、実際には30倍の差しかなかった。かの理論に近い数値ですらない」とReich氏は述べている。

『米国科学アカデミー紀要』(PNAS)に発表予定の新しい論文は、生物の基本的なエネルギー消費量は科学者たちが考えていたよりはるかに一様であることを示す、有力な証拠を提示している。

[本川達雄氏の著書『ゾウの時間 ネズミの時間―サイズの生物学』(中公新書)は、一生の間に心臓が打つ総数や、体重あたりの総エネルギー使用量は、生物のサイズによらず同じだと説明している]
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