野生動物は賢い方が生存率が高くなるというのは常識のように思えます。しかし、ライオンやワニ、シジュウカラが本当に賢いかどうかを正確に判断する方法が不明だったため、科学者は長い間それを実証できませんでした。これまでのところ、私たちの最善の試みは、脳の大きさなどの間接的な指標を調べることや、動物が変化する環境に適応するのに役立つ能力である反転学習などのさまざまな認知能力の実験室テストを行うことでした。
しかし、ネバダ大学の進化生物学者ジョセフ・ウェルクリンが率いる野生の山のアメリカコガラに関する新しい大規模な研究では、脳の大きさも逆学習スキルも生存率とは相関していないことが示された。食べ物を蓄える小鳥であるアメリカコガラにとって最も重要なことは、食べ物をどこに隠したかを覚えていることだけだった。アメリカコガラは生き残るために天才である必要はなく、ただ仕事が上手ければよかったのだ。
鳥の脳をテストする
「アメリカコガラは、1 つの食べ物を 1 か所に隠します。しかも、これを広い範囲で行います。何万もの隠し場所を持つこともあります。秋にこれを行い、冬には特殊な空間記憶を使って隠し場所を見つけ、食べ物を回収します。アメリカコガラは小鳥で、体重は 12 グラムほどで、ほぼ常に食べている必要があります。数時間食べないと死んでしまいます」と、ネバダ大学の鳥類学者で、この研究の上級共著者であるウラジミール・プラボスドフ氏は説明します。
研究チームが認知能力が生存に与える影響を研究するためにアメリカコガラを選んだのは、隠れ場所を見つけられないことが彼らの最も一般的な死因だったからだ。研究チームは、こうすることで捕食や病気など他の要因の影響が最小限に抑えられると期待した。
しかし、まずウェルクリン氏と同僚たちは、かなり大規模なアメリカコガラの個体群の認知能力をテストする方法を考え出さなければならなかった。彼らは、アメリカコガラが生息する木々の間に、両側にスマート給餌器を 2 つ取り付けた金属製の四角形を設置してテストを行った。「給餌器には RFID 受信機が取り付けられており、マイクロチップを取り付けた足輪をあらかじめ付けたアメリカコガラが近くに止まり、ドアを開けて種子を 1 つ与えると、信号が認識される」とウェルクリン氏は言う。数日間かけてアメリカコガラにドアを開ける仕組みを慣れさせた後、チームはテストを開始した。
最初の課題は、さまざまなアメリカコガラが、最も重要な仕事である場所と餌を関連付け、その場所を記憶するという仕事において、どれほど優れているかをテストすることだった。この目的のため、研究に参加した227羽のアメリカコガラには、止まったときに開く給餌器が1つだけ割り当てられ、他の給餌器はすべて閉じたままだった。アメリカコガラのパフォーマンスは、どの給餌器が餌になるかを判断するために必要な試行回数と、4日間で何回エラー（間違った給餌器に止まる）を犯したかで測定された。「適切な給餌器をランダムに見つける場合、平均3.5回の試行が必要です。すべての鳥が学習し、偶然よりもはるかに優れたパフォーマンスを発揮しました」とプラボスドフ氏は言う。
2 番目の課題は、生存を予測する最良の方法と広く考えられている反転学習スキルをテストするためのものでした。アメリカコガラが報酬を与える餌箱の場所を学習したら、その場所を変更しました。目的は、鳥がこの変更にどれだけ早く適応するかを見ることでした。
両方のテストの結果が出たあと、チームはマイクロチップの足環を使って鳥を監視し、毎年捕獲して足環を交換し、それを 6 年以上続けた。「これまでこのようなことが一度も行われなかった理由の 1 つは、非常に手間がかかるからです」とウェルクリン氏は言う。しかし、最終的にはその作業が報われた。
生き残ることを忘れない
最初の課題でテストされた空間認識能力と記憶力に関する限り、最も成績の良かったアメリカコガラは最初の 20 回の試行で 1 回の試行につきほぼゼロのエラーを記録した。すぐに正しい餌箱にロックオンし、その場所を非常によく記憶した。最も成績の悪かったアメリカコガラのスコアは 2.5 エラーに近かった。「ほとんどの場合、その差は大きくなく、エラー 1 つの差程度でした。しかし、生存に関しては大きな違いがありました」と Pravosudov 氏は述べた。アメリカコガラの平均寿命は 2.1 年である。最も成績の良かった鳥はこの平均を 3.1 年にまで引き上げた。最も成績の悪かったアメリカコガラの平均寿命はわずか 1.2 年で、ほとんどの鳥が最初の冬を越せなかったことを意味する。
一方、逆転学習の結果は、生存率とも、空間能力や記憶力のテスト結果とも相関がなかった。最初のテストで成績が悪かったアメリカコガラは、2 回目のテストで優秀か最悪かという結果になる可能性が同等だった。「以前の研究で、アメリカコガラの空間能力と記憶力は遺伝性が高いことが分かりました。この領域には強い遺伝的シグナルと反復性があります。逆転学習にはそのような遺伝的シグナルは見られません。彼らにとって、柔軟性は、位置記憶をできるだけ長く維持することほど重要ではないのです」と Pravosudov 氏は言う。
寿命が長く、種子が豊富に手に入ることに加え、優れた空間記憶力によってアメリカコガラが得た進化上の報酬がもうひとつある。それは子孫が増えることだ。
生存者の遺産
ほとんどのアメリカコガラは生涯を共にし、1年に1回繁殖し、平均7個の卵を産みます。つまり、空間学習と記憶のテストで高得点を獲得した個体は、平均寿命が2倍長くなるため、最も得点の低い個体の2倍の子孫を産むことができるのです。
しかし、長寿ですべてが説明できるわけではない。「ある研究で、メスのアメリカコガラが認知能力の高いオスと交尾すると、認知能力の低いオスと交尾したメスに比べて、卵を多く産み、子孫も多く産むことが分かりました」とプラヴォスドフ氏は言う。メスはどうやって、自分のメスの認知能力が優れているかどうかを見分けるのだろうか？「これは百万ドルの価値がある質問です。私たちはこれに取り組んでいます」とプラヴォスドフ氏は付け加える。
このプロジェクトの究極の目標は、認知能力の進化と自然淘汰のメカニズムを理解することだと彼は語った。「私たちは柔軟性と記憶と学習の間の力学に興味があります。そこが、反転学習がどのように関係するかを理解しようとしているところです。なぜなら、鳥が新しい食料源を見つけたり、素早く方向転換したりする必要があるときにも、反転学習が重要であることはわかっているからです」とプラボスドフは言う。
だからこそ、多数の野鳥の空間認知を研究する方法を開発することが非常に重要だと彼は主張した。ここでは、さまざまな特性やスキルが生存に及ぼす影響を研究チームが確認できた。そして、研究室で現実世界の生存をテストすることはできない。「進化、遺伝学、適応、環境、認知のすべてがこの大きなパズルにどのように当てはまるかを知るために、これが必要です」とプラボスドフ氏は語った。
サイエンス、2024年。DOI: 10.1126/science.adn5633