Not all isotopes make good geolocators: trophic transfer reveals contrasting geolocation potential in eastern spruce budworm

科学者たちは、動物の体を見るだけで、その動物がどこにいたのかを知る方法を長年追い求めてきました。その考えは、ある単純な真実に基づいています。それは、場所ごとに水、土壌、空気がそれぞれ独自の化学的特徴（シグネチャー）を持っているということです。植物が地元の水を飲んだり、地元の土壌から栄養分を吸収したりする際、これらの特徴も吸収します。そして、それらの植物を食べる動物は、自身の組織の中にそれと同じ化学的印を運びます。これらの印を測定することで、研究者は昆虫や鳥を、その誕生地や移動経路へと辿り当てることができることがよくあります。「安定同位体地理学的手法（stable isotope geolocation）」として知られるこの手法は、電子タグを装着するには小さすぎる生物を追跡するための標準的なツールとなっています。しかし、このアプローチ全体は、ある決定的な仮定に基づいています。それは、化学信号が植物から動物へと、予測可能かつ信頼できる形で移動するという仮定です。もし動物が食物を消化する過程で信号を変化させすぎたり、あるいはプロセスの中で信号が失われたりすれば、その地図は役に立たなくなってしまいます。

ある研究チームは、カナダ東部の樹木を餌とする蛾の一種、コクシナガミズアオ（eastern spruce budworm）を用いて、この仮定を検証することを目的として調査を行いました。彼らは、地域内の既知の場所から蛾と、その宿主となる樹木の葉を収集しました。研究室において、彼らは植物の葉と蛾の両方で5種類の異なる化学的マーカーを測定し、それぞれのマーカーが植物から昆虫へとどの程度うまく伝達されるかを確認しました。その結果、すべての化学的マーカーが等しく有用であるわけではないことが明らかになりました。あるものは驚くほど正確に伝達されましたが、中にはほとんど全く伝達されないものもありました。

研究の結果、これら蛾を追跡するための優れたツールとして、2つの特定のマーカーが際立っていることが分かりました。一つは、自然界における硫黄の挙動に関連したマーカーで、これは樹木の針葉から蛾へと、その値の変化をほとんど伴わずに移動しました。植物と昆虫の間でほぼ完璧な一致を示しており、カナダ東部全域における硫黄のパターンはすでに詳細にマッピングされているため、このマーカーは蛾がどこから来たのかを特定するための明確な道筋を提供します。もう一つのマーカーは、地元の土壌に含まれる岩石の年代を反映するもので、これも良好な結果を示しました。個々の蛾では値が小さすぎて明確な読み取りが困難な場合もありましたが、研究者が複数の蛾のサンプルを組み合わせると、土壌の岩石由来の信号がはっきりと現れ、現地の地質と高い精度で一致しました。

窒素に関連する別のマーカーも、樹木から蛾へと非常に忠実に伝達されました。研究者たちは一貫した値の変化を観察しており、これは、蛾の体が植物からの信号をどのように変化させるかを正確に予測できることを意味します。そのため、研究者がまず地域内の樹木における窒素のパターンをマッピングできれば、これは強力なツールとなります。しかし、本研究は重大な限界も明らかにしました。炭素に基づくマーカーは、植物と蛾との間に中程度の関連性を示すにとどまり、場所による変動が大きすぎるため、精密な追跡には不向きでした。最も驚くべきことに、現在昆虫の地理学的特定に最も一般的に用いられている水素ベースのマーカーは、極めて低い性能しか示しませんでした。蛾に含まれる水素の値は、食べた樹木の価値とはほとんど関係がなく、ランダムな変動があまりに多いため、信号は事実上消失していました。

これらの知見は、「化学的マーカーは本質的に優れているか劣っているか」という考え方に疑問を投げかけるものです。むしろ、本研究は、マーカーの有用性は、環境がその化学物質をどのように分布させ、植物がそれをどのように吸収し、そして動物がそれをどのように処理するかという、複雑な要因の組み合わせに依存していることを示しています。コクシナガミズアオの場合、硫黄とストロンチウムは信頼できる地図を提供しますが、水素は、その人気にもかかわらず、物語を語ることはできません。つまり、科学者は標準的なマーカーのリストをあらゆる種にそのまま適用することはできないのです。動物を正確に追跡するためには、研究者はまず、その特定の動物が地元の食物や環境の化学物質とどのように相互作用しているのかを理解しなければなりません。