カワウソは小さすぎるし、クジラは大きすぎるし、アザラシはちょうどいい

クジラがあんなに大きくなれたのは、単にそれが可能だったからだというのが通説だ。水は人を浮力にし、海は広く、その制約のなさが哺乳類が驚くほど大きく成長することを可能にしたようだ。

しかし、新たな研究は、水生哺乳類のサイズに対する制約が実際にはより少なくなるのではなく、より多くなっている可能性があることを示唆している。それを解明するために、研究者らは現生哺乳類3,859種と化石種2,999種を調査し、哺乳類の系統が進化するにつれて体の大きさがどのように変化したかを記録した。彼らはその結果を月曜日にPNAS誌に発表した。

一部の巨大なクジラやカワウソは例外だが、海洋哺乳類の大半は体重が 500 キログラム (1,102 ポンド) を超えている。これは、陸生の動物の体の大きさに関わらず当てはまる。犬、キリン、モグラはすべて、アザラシ、クジラ、マナティーと進化の過程で似たグループに属しているが、水生の動物は体の大きさにそれほど差がない。研究者たちは、これは単に水が哺乳類を大きくするだけの問題ではないと考えた。彼らは特定の体重、つまり 500 キログラムに引き寄せられているようだ。

彼らのデータは、この奇妙な大きさの均一性について、単純な説明を示唆している。つまり、海水が体温を奪うのだ。

水は、体温を奪うのに非常に優れています。専門用語では、高比熱と呼ばれます。物質の比熱とは、1 キログラムの物質の温度を 1 ケルビン (または 2.2 ポンドの場合は 1.8°F) 上げるのに必要な熱量です。水またはオリーブ オイルを入れた鍋の下の炎を想像してください。オリーブ オイルはすぐに温まりますが、水はかなり時間がかかります (急いでパスタを茹でようとしたことがある人なら誰でも知っているでしょう)。オリーブ オイルの比熱は 1.97 ですが、水の比熱は 4.19 です。水を温めるには、ほぼ 2 倍のエネルギーが必要です。

これは、海水が、その温度をあまり変えずに、海に浮かぶ物体から大量の熱を吸収できることを意味します。周囲の水がすぐに温まれば、あなたは薄い温水の層に囲まれ、それほど早く熱を失うことはありません。そうならないので、あなたの体は冷え続けるだけです。

つまり、基本的に、哺乳類は周囲の水に体温をすべて失わないように、かなり大きくなければならない。多くの水生哺乳類は体温の損失を防ぐために脂肪層を発達させたが、この論文は、それらも単に大きくなっただけであると示唆している。彼らの推定によると、水中での最小の体の大きさは、陸上での最小の大きさよりおよそ 3 桁大きい。

500 kg という数字は、体を温めるには十分な大きさですが、代謝を促進するために大量の食物を摂取しなければならないほど大きくはありません。これは、イルカやアザラシと似た食性を持つ多くのクジラにも当てはまります。つまり、クジラはより大きな魚や他の海の生き物を食べます。食物を見つけるには多くのエネルギーを費やす必要があり、たくさん食べられない可能性もあります。そのため、本当に巨大になることは水中では危険です。マッコウクジラは、まったく新しい食べ方を発達させない限り、ほぼ最大の大きさになると思われます。

しかし、ヒゲクジラはまさにそれをやった。彼らがこれほど巨大に進化したのは、歯からヒゲクジラへと進化してからだ。ヒゲクジラはフィルターのような大きなもので、海の生物を吸い込んで水を排出し、オキアミと小魚だけをハッチに残すことができる。これは餌をとるためのはるかに効率的な方法だ。狩りのプロセスは実に退屈なもので、そのおかげでヒゲクジラは歯のある仲間よりも大きく成長できたのだ。

カワウソは、もう少し謎が多い。体重は最大で 45 キログラム、つまり約 100 ポンドしかない。これは、陸上のトガリネズミ類より大きいが、アザラシほど大きくはない。研究者たちは、その理由を完全には理解していないが、カワウソが完全に水生ではないからではないかと考えている。カワウソは川岸や海岸線に生息し、生涯の大半を陸上で過ごすが、泳ぎが得意で海で何時間も過ごす。両陣営に片足を置いた (ほぼ文字通り) ため、体の大きさも中間だった可能性がある。

これまでの一般的な考えでは、海に向かう動物は、もはや厄介な重力や限られた空間に縛られなくなっただけと考えられていました。そのサイズが全体的な肥大化によるものであるなら、水中の体重は陸上と同じくらい変化するはずです。しかし、そうではありません。一定の増加ではなく、収束が見られます。これは、浮力と生息地の面積に関する古い理論が、少なくとも私たちが考えていたよりも方程式の要素として小さいことを示唆しています。

これらはすべて、少し無関係、あるいは当たり前のことのように思えるかもしれませんが、時には無関係、あるいは当たり前のことのように思えることを説明することが科学の目的であることを忘れないでください。私たちは、物事を検査し、テストすることによってのみ、確実に物事を見つけることができます。そうでなければ、私たちはただ直感に頼るだけです。このような研究は、生命がどのように機能し、機能しないかをよりよく理解するのに役立ちます。その知識は、いつか、生物学的にヒントを得た宇宙船、潜水服、潜水艦の設計に生かされるかもしれません。あるいは、知識のための知識かもしれません。どちらでも構いません。

注: この記事は、水の導電率に関する文章が間違っていると優秀な読者の 1 人が指摘したため、削除されました。正直にご意見をお寄せいただきありがとうございます。