冬眠する動物はどうやって冬をこすの？

仕組みの科学

生理学研究所の温度生物学ハンドブックで砂川玄志郎は、冬眠と休眠を一部の哺乳類にみられる「能動的な低代謝状態」と説明している。酸素消費量が落ち、熱産生を含む代謝が抑えられることで、体温は二次的に下がる。続く期間によって分類され、数週間に及ぶものが冬眠、数日間のものが休眠だ。代表例は冬眠がリス・コウモリ・クマ、休眠がマウスである。こうした動物は四つの機能を備える。基礎代謝を下回る低代謝に耐える力、体温が外気温より数℃高い程度まで下がっても傷まない低温耐性、37℃前後に保たれる体温恒常性を一時的に抑える仕組み、そして最も代謝が低い状態から自力で熱を作って体温を戻す復温能だ。北海道大学低温科学研究所によれば、小型の冬眠動物は数か月の冬眠期間中、体温10℃以下の深冬眠と、37℃まで戻る中途覚醒を繰り返す。深冬眠中の心拍数は1分間に10回程度で、正常時の約400回から大きく落ちる。中途覚醒では、白色脂肪細胞から送られた脂肪酸を褐色脂肪組織で燃やす非ふるえ熱産生と、骨格筋のふるえによる熱産生で体温を戻す。なぜ一定の間隔で目覚めるのかは、まだ多くが謎のままだ。

歴史と発見

クマの冬の眠りは、かつて冬眠ではなく「冬ごもり」と呼ばれていた。体温をさほど下げず、いつでも目覚められるように見えたからだ。しかしその後の研究で、クマもシマリスやジリス、ハムスターなどと同じく、冬に体温と代謝を下げる冬眠状態にあることが分かった。坪田敏男の総説によれば、心拍数は毎分40〜50回から8〜10回に、代謝率は20〜50％にまで下がる。世界に現存する8種のクマのうち、冬眠することが明らかなのはホッキョクグマ、ヒグマ、ツキノワグマ、アメリカクロクマの4種だ。日本のヒグマとツキノワグマは11月下旬〜12月上旬に冬眠に入り、3月中旬〜5月上旬に目覚める。目覚める順番はオス、単独のメス、子連れのメスと決まっている。とりわけ驚かされるのが繁殖との関係である。メスは初夏に交尾したあと着床を遅らせ、冬眠に入るころに着床させる。約2か月で胎子の発育を終え、冬眠中間期の1月下旬〜2月上旬に出産し、冬眠の後半に子を育てる。ホッキョクグマではメスだけが出産と子育てのために冬眠するという。

もう一歩先

冬眠の研究は医学や宇宙への応用でも注目されている。北海道大学低温科学研究所によれば、ヒトやマウスが低温下で生存できるのはせいぜい数時間から2日程度だが、リスやシリアンハムスターなどの小型冬眠動物は、長い場合1週間程度の深冬眠でも生き延びる。同研究所は、この低温耐性の仕組みが分かれば臓器移植時の臓器保護に、長い不動状態でも筋肉が衰えにくい仕組みが分かれば寝たきりのときの筋萎縮を防ぐ方法に展開できる可能性があるとしている。クマは130日間の不動状態でも活動時の77％の筋力を保つと報告されており、ヒトでは同じ状態で10％しか維持できないという。また生理学研究所などの研究グループは2025年、マウスの脳にあるQニューロンを働かせて体温を23℃付近まで下げる人工冬眠モデルで、体温の低下そのものが全身の糖の使われ方を変え、体温を戻すと速やかに元に戻ることを示した。研究グループは、臓器移植時の低温保存や将来の宇宙での長期滞在への応用の可能性にも触れている。いずれもまだ研究段階であり、ヒトが冬眠できるようになったわけではない。