いくつかの例外を除いて、動物には人間と同じように、男性と女性の 2 つの性別があります。それらは、外観、挙動、機能が異なり、生化学的および生理学的プロセスも異なります。これらの違いの目的は生殖にあります。親の精子と卵細胞の融合は、後の世代に親の遺伝情報を組み換える大きな機会を提供します。
生命体の多様性は、このプロセスのおかげです。ゲノムのランダムな変異により、個々の動物が変化した環境で生き残ることができるようになり、生命体の出現とさらなる発展、および種の存続が可能になります。
個体数に関する限り、約 50:50 の分布が予想されます。実際、多くの種の進化の過程により、オスとメスの比率はほぼバランスが保たれています。これはフィッシャーの法則の意味です。この名前は英国の統計学者で生物学者のロナルド フィッシャー (1890 ～ 1962 年) にちなんで付けられました。しかし、常にそうとは限りません。
お母さんによるコース設定
一例は、ビーバーネズミとも呼ばれるヌートリアです。イスラエルの研究者らは、女性の体内で男性の胎児がますます多く作られているが、中には出生前に死亡する胎児もいることを発見した。何人の男性が生まれるかは、妊娠中の女性のテストステロンレベルと体重という 2 つの要素によって決まります。
「ホルモンレベルは、グループ内の母親のストレスレベルと状態に関する情報を提供します」とラマトガンのバーイラン大学の生物学者ルース・フィッシュマンは説明する。 「重度のストレスがある場合、主に女性の子供が生まれます。また、妊婦がかなり体重が軽く、妊娠中に体に頼れる蓄えや資源がわずかしかない場合も同様です。」
一方、比較的体重の重い母親は、胎児のときより大きくて重いため、世話に多くのエネルギーを必要とするため、通常は男の子を産むのではないかと科学者らは推測している。強い女性はそれがうまくできます。さらに、進化の観点から見ると、弱いメスがより弱いオスを生み出すことは意味がありません。なぜなら、彼らは後に他のオスよりも劣ってしまうからです。
生物学者らは、コビトカバのもう一つの注目すべき性別の不均衡を発見した。そこでは女性が常に6対4の安定した比率で多数派を占めており、この変化は誕生以来存在しています。ベルリンのライプニッツ動物園野生生物研究所（IZW）のジョゼフ・サラガスティ率いる研究者らは、その原因となる要因を探した。彼らは交尾率を調べ、生殖時のストレスレベルを分析し、地域の環境汚染物質を調べた。
しかし、カバ男性の精子に含まれる性を決定するX染色体とY染色体を分析したときに初めて説明が見つかった。統計的な偶然を超えて、すべての男性の射精中にX染色体を持つ精子が明らかに過剰であることが実証されました。
したがって、精子細胞の染色体構成を通じて雌の余剰を確保しているのはコビトカバの雄牛です。カバの雄牛は 3 ～ 5 歳で交尾の準備が整い、少なくとも 40 ～ 50 歳になるまではその状態が続くため、これはおそらく進化によって発達したものと考えられます。研究者らは、このメカニズムがメスをめぐる競争を減少させると説明している。
対照的に、チドリ科の鳥類では、孵化しても性比はバランスが保たれています。それはその後にのみ変化し、メスに不利益をもたらします。シロチドリの成鳥のうち、その割合は3分の1程度にすぎません。ゼーヴィーゼンにあるマックス・プランク鳥類研究所のルーク・エーバーハルト・ヘルテル氏は、この性比がいつ変化するのか、またその原因は何なのかについて何年も研究してきた。「特に多数のメスが孵化直後に死ぬのか、それとも成長期なのか。そして選択的に重要な飛行を学ぶでしょうか？早期の死を促進した他の出来事があった可能性がありますか?もしある場合、それはどれですか?
食べ物をめぐる競争
エーバーハルト＝ハーテル氏は研究チームとともに、世界中の6つの個体群で5種のチドリ、合計6,000羽以上の鳥を観察した。彼は、ヒナの繁殖と交配行動、繁殖率、生存率を分析しました。すべての集団でほぼ同数の雄と雌のヒナが孵化したことが明らかでした。その後になって初めて、雌雄の生存確率が分岐し、5 種すべてで雄が有利になりました。そして重要な発見は、「これまでで最大の変化は、成長期の鳥の年齢層で起こり、しかも最初の羽の変化の直前の段階で短期間に起こった」とエーバーハルト＝ヘルテルは言う。
科学者らは、その理由を雄の孵化体重の増加と成長と代謝率の増加にあると考えています。これにより、食料供給が不足している場合、雄の若い動物が競争で有利になります。
ビーレフェルト大学行動研究所のオリバー・クルーガー氏は、性比の変化は繁殖と飼育に影響を与える可能性があると説明する。 「個体群の一部でどちらかの雌雄が明らかに優勢な場合、そこにいる鳥はパートナーを見つけるのが難しくなります。エバーハルト・ヘルテルはこれを調査しましたが、その証拠は見つかりませんでした。」しかし、彼はメキシコ北西海岸に大きな群落を作って生息するユキチドリの中にいくつかの特異点があることを発見した。
「チドリは、一部の人々が鳥の家族について抱いている考えとはまったく一致しません」とエーバーハート＝ハーテルは言う。両親は両方とも育児をしますが、ヒナが孵化すると、子育ては父親に任されます。母親は新しいパートナーを探していますが、出発するまでしばらく待つこともあります。ここでの決定的な要因は、ヒナたちの生存の可能性です。「父親が一人でヒナたちを養うことができれば、彼らはこの世を去ってしまいます。たとえ状況が彼女にとって絶望的であるように見えても、彼女は逃げます」とマックス・プランク鳥類研究所のクレメンス・キュッパーは説明する。一夫多妻制の雌鳥がしばらく巣の中に留まることができるのは、「実現可能」から「困難だが絶望的ではない」までの生活状況だけです。研究者らは、動物界では珍しいこの役割分担の理由を、繁殖可能なメスの数が比較的少ないことにあると考えている。
多くの魚類、爬虫類、両生類には性染色体がありません。性的発達の方向は他の要因、通常は環境によって決まります。生物学者は性決定の修正について語っています。
数百種の魚は、生涯を通じて一度、あるいは複数回性別を変えることができることが知られています。しかし、ある時点で、彼らは男性または女性になります。たとえば、クマノミは出生後はオスとして始まり、性的に成熟した後もオスのままです。単一のイソギンチャクまたは小さなイソギンチャクのグループでは、オスは一夫多妻制で生活します。つまり、複数のオスと 1 匹のメスだけです。メスは小さな群れの中で最も大きな動物です。映画「ファインディング・ニモ」のように、子孫のことを気にするのはオスだけです。例えば、産卵前にはイソギンチャクの足元の底を入念に掃除し、産卵後は7～10日後に幼生が孵化するまで丁寧に子育てをします。
メスが死ぬと、最も強いオスの性別が変わります。このプロセスはすぐに始まりますが、時間がかかります。研究者たちが最近発表したように、脳は最初は約6か月以内に再構築されます。これが完了して初めて、生殖器官が続きます。わずか1年余りで変革は完了した。クマノミは、この変化が最初に脳で起こり、次に生殖器で起こる最初の既知のケースです。
サンゴ礁の魚の中には、より速い種もあります。また、このプロセスを逆方向に実行します。行動レパートリーの適応は数分で完了しますが、その後、体の変化にはタイプに応じて数日から最大で 3 週間かかります。
しかし、オスとメスを同時に持つ魚もいます。ただし、彼らは自ら受精するのではなく、その種の他のメンバーと交尾します。両性生殖は遺伝的多様性の利点を維持します。ハタ類の繁殖ペアの中には、新たな交配のたびに役割を交換するものもあります。そして、同時に雌雄同体になる魚について、研究者らは電気刺激を利用して、卵の放出と精子の交換を同時にさせた。
温度依存性の性発現もあり、これは 50 年前に爬虫類で初めて科学的に記載されました。 1969年、セネガルのダカール大学のマデリン・シャルニエは、緑色のトカゲの例を用いて、卵が孵化して雄か雌の爬虫類になるかは孵化の熱だけで決まることを示した。遺伝子の位置はまだわかっていません。この現象は、すべてのワニ、多くのカメ、および一部のトカゲ種に共通です。
さまざまな温度パターン
米国マディソンにあるウィスコンシン大学のジェームス・J・ブル氏とマイケル・フォークト氏は、1970年代後半に、決定的な温度勾配や温度上昇は種や生活条件によって大きく異なると断定した。ワニの場合、メスだけが砂に覆われたクラッチの卵から、通常摂氏約30度までの低温の繁殖温度で孵化します。男女とも摂氏30度から34度の間で生まれます。そして、繁殖温度が34度を超えると、オスだけが成熟することができます。
オスとメスのカメは、ワニとはまったく逆の温度パターンに従って孵化します。いくつかのヤモリ種はまた異なる発育をします。ここでは、低温と高温の両方でメスが生まれ、中程度の温度範囲でオスが孵化します。熱関連の制御は常に二者択一の決定です。温度閾値のそれぞれの遷移範囲では、ヤモリ、カメ、ワニのいずれであっても、雌雄同体は形成されませんが、ほぼ同数の雌雄の個体が形成されます。これは、閾値に設定された分子スイッチのタイプに基づく場合があります。以下はこれらすべての動物に当てはまります。胎児期に発達した性別は生涯を通じて残ります。
アオウミガメが女性化する
地球温暖化を念頭に置くと、これらのメカニズムやプロセスは良い兆候ではありません。例えば、オーストラリアと米国の研究者らは、オーストラリアのグレートバリアリーフでは20年以上、ほぼメスのアオウミガメのみが孵化していると、学術誌「Current Biology」に報告した。装甲動物がかなり高齢になるという事実のおかげで、総個体数に占める雄の標本の割合はまだ約 15 ～ 35 パーセントです。アオウミガメとしても知られるこの種は、「完全な女性化」の危険にさらされていると研究者らは警告している。人口はまもなく繁殖能力を失う可能性があります。
現在、好転の期待はほとんどありません。特に、有名な気候研究機関の計算によると、地球の平均気温はおそらく 2100 年までに 2.5 ～ 2.8 度上昇する可能性があるためです。これは、「ほぼすべてのウミガメ個体群が絶滅の危機に瀕している」ことを意味すると、米国海洋大気局のマイケル・ジェンセン率いるコンソーシアムは書いている。
研究者らはまた、卵子の中で死亡する胚が増えており、気温が上昇するにつれてこの傾向がさらに悪化する可能性があることにも懸念を抱いている。環境保護団体WWFオーストラリア代表のダーモット・オゴーマン氏は、「対策としては、主な営巣海岸に日よけテントを建て、動物が産卵して卵を埋める砂を冷やすことだろう」と話す。
世界の気候報告に基づいた計算によると、オーストラリアのような発展は他の場所でも起こる可能性があります。英国エクセター大学のアナ・パトリシオ率いるチームもこれを懸念している。研究者らは長年にわたり、アフリカ西方の43ヘクタールのポワラン島にある世界最大級のアオウミガメの繁殖コロニーに注目してきた。
「すべてのもっともらしいシナリオと計算によると、今世紀末にはメスのアオウミガメの割合は76～93パーセントになるだろう」と研究チームは2019年初めに学術誌『グローバル・チェンジ・バイオロジー』に書いた。現在の保護措置により、その間に人口は増加するだろう。しかし、その展開は欺瞞的です。砂の深さ70センチメートルに埋められた卵が臨界温度にさらされるとすぐに、個体数は突然崩壊する。海面上昇によってさらなる問題が引き起こされ、2100年にはポワランの敷設地の3分の1からほぼ半分が浸水したと予測されている。
熱による性転換
性比に対する驚くべき影響は、最近シマフトアゴヒゲトカゲでも観察されています。他の爬虫類とは異なり、オーストラリアにのみ生息する8種のフトアゴヒゲトカゲは性染色体を持っています。鳥と同様、フトアゴヒゲトカゲのメスは、Z 染色体と W 染色体を備えた 2 つの異なる性染色体を持っています。これは人間の Y 染色体に相当します。一方、男性は似たような Z 染色体を 2 本持っています。
キャンベラ大学のクレア・ホレリー氏率いる研究者らは、遺伝子構造の観点から、気温が上昇するにつれてオスの動物が解剖学的にメス化していくことを観察した。 「動物種が遺伝的性決定から環境的性決定に切り替わることが初めて科学的に説明されました」とホレリー氏は説明する。
研究者らは室内実験で詳細を明らかにした。遺伝による性決定から環境による性決定への変化は、摂氏約32度の温度で始まる。 36度では、解剖学的にZZのメスのみが卵から孵化します。研究者らが書いているように、気温が一貫して高い状態が続くと、群れ内のZWメスの数は減り続ける。「遺伝的にオスである新型メスも機能的な卵を産み、一貫してZWメスよりも多く産むからである」。したがって、新しい ZZ 雌の子孫では、W 染色体はもはや役割を果たしていないため、温度に関連した変化は永続的に確立されます。 「彼らは文字通り、W染色体を捨てているようです」とチームメンバーのアーサー・ジョージズは言う。
研究者らは現在、研究室が示したことが、気候変動により非常に短期間に気温が上昇したフトアゴヒゲトカゲの自然生息地にも当てはまるのではないかと懸念している。彼らは、メスのW染色体がそこに生息するフトアゴヒゲトカゲの集団から数世代以内に失われるだろうと想定している。捕獲された動物の 5 分の 1 についてサンプルですでにこのことが確認されています。進化の過程で他の爬虫類にも同様のことが起こった可能性があるが、今回の変化は人為的なものとなるだろう。
