ブラウン大学の生物学者が主導した連邦政府の資金提供による研究は、さまざまな大型草食動物の食生活が科学者がこれまで理解していたよりも多様で複雑であることを示した。何世代にもわたって、科学者や学生は動物をその食事に基づいてカテゴリーに分類してきました。肉食動物は肉を食べ、草食動物は開花植物、針葉樹、低木を食べ、草食動物は主に草を食べます。
夏にイエローストーン国立公園で草を食むバイソンの群れ。写真提供者: ハンナ・ホフ。
しかし、ブラウン大学の生物学者がイエローストーン国立公園の科学者と協力して主導し、連邦政府の資金提供を受けた新たな研究で、草食動物は直面する条件に応じて、これまで認識されていたよりもはるかに幅広い種類の植物を食べることが多いことが示された。
米国科学アカデミー紀要に掲載されたこの研究では、草食動物の食事の割合に基づいて草を分類する長年の方法が現実を単純化しすぎていることが判明した。ブラウン大学の生態学、進化学、生物生物学の准教授であり、この研究の共著者でもあるタイラー・カーツィネル氏は、この分類システムは、同じ種内の個体の食生活における重要な違いや、異なる種間に生じる可能性のある類似点を無視している可能性があると説明した。
「このことが生物学者らに、動物が実際に何をしているかではなく、動物が何をしているべきかという私たちの考えを強化するようなパターンが自然界に見られているかどうかを考えるようになりました」とカッツナー氏は語った。 「これは、イエローストーンにおいて、種内の食性行動の違いや、おそらくもっと重要なこととして、種間の類似点の一部を考慮せずに、動物をその種のすべてのメンバーと同じ分類ボックスに入れているという強力な証拠です。」
カッツナー氏は、このような研究は、特に保全方法が物議を醸している状況において、変化する景観の中で野生生物が資源をどのように利用するかを予測する上で貴重な洞察を提供できると指摘している。
「これらの発見は、非常に多くの大型哺乳類がイエローストーンにどのように共存しているかを理解する上で極めて重要です」とカッツナー氏は述べた。 「私たちの研究結果は、植物の多様性を維持することが、移動性野生生物の多様性を維持するための重要な条件であることを示唆しています。」
研究チームは過去7年間、イエローストーンの動物がどのように食物を見つけて選択するかを研究してきた。昨年英国王立協会オープンサイエンス誌に発表された研究では、公園内の各草食動物種の典型的な採食パターンを特定することに焦点が当てられました。
最新の研究では、科学者たちは再びイエローストーンの研究者と協力して、プロングホーン、オオツノヒツジ、オジロジカ、ヘラジカ、バイソンという5つの大型草食動物を監視した。彼らは追跡動物から植物サンプルと糞便を収集しました。ブラウン大学では、研究者らは DNA メタバーコーディング技術を使用してサンプルを分析し、彼らが食べた特定の植物を特定しました。研究チームはまた、簡単な人工知能手法を適用して、イエローストーンの動物相にどれだけ多くの異なる食性パターンが存在するか、またそれぞれの種が独自の食性を維持しているかどうかを評価した。
研究者らは、冬のバイソンが雪で凍っていても草を探し続けることを発見した。写真提供: ハンナ・ホフ
ブラウン大学で生態学、進化学、生物生物学を専攻する博士課程の学生ハンナ・ホフは、植物学とデータサイエンスの背景を語った。ホフ氏は、ブラウン大学の生物学およびデータサイエンスの教授であるソヒニ・ラマチャンドラン氏のセミナーに触発されて、機械学習手法と遺伝子分析を組み合わせて草食動物の摂食行動をより深く理解することを思いつきました。
研究によると、種間の食事の違いは科学者が予想したほど顕著ではないことがわかっています。実際、異なる種の個体は食事の大部分を共有していることが多く、その類似度は場所や季節によって異なります。
重要な発見は、摂食パターンは種の特徴よりも利用可能な資源の影響を受ける可能性があるということです。夏の間、さまざまな動物は草原の生息地で見られる栄養豊富な野生の花を食べる傾向がありますが、冬の間、多くの動物は針葉樹や低木を中心とした食事に変わります。
冬の間、特にバイソン（だけではありませんが）は、雪で凍っていても草や類似の食べ物を探し続ける傾向がありますが、オジロジカやプロングホーンなどの一部の小型の草食動物は、常緑樹を食べることにより劇的に移行する傾向があります。
カッツナー教授は、「正しい質問は、『その種は草を食べるのか？』ではなく、『今、草を食べているのか？』であることがわかった」と述べた。
植物生態学者として、ホフはこの生態学的コミュニティを理解するために植物フロンティアのアプローチを採用しています。
「人々は時々、植生を、独自の生態的ニッチを持つ相互作用する動的な種のセットとしてではなく、静的な『生息地のタイプ』として考える傾向があります」とハフ氏は言う。 「私たちの食餌グループの分析は、これらの植物種を区別することに焦点を当てたもので、これにより、季節、栄養、空間分布が草食動物の採餌にどのような影響を与えるかを調査することができました。この洞察は、広範な食餌分類では曖昧になる可能性があります。」
カッツナー氏は、この発見は科学者だけでなく、偶像破壊的な動物たちにとっても教訓となると述べた。
「すべてが草食動物であるはずのバイソンの群れを想像してみてください。しかし、そのうちの1頭か2頭が草食動物のように食事をしたがるのです」とカッツナー氏は言う。 「科学者たちがこの物語を伝える伝統的な方法は、この違いを異常または重要ではないとして無視することであったかもしれません。しかし、このような研究結果は、食事の多様性が実際には正常であることを示しており、草食バイソンの物語も伝えるべきであることを示しています。」
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