Quantifying prey energetic quality: energy density and size-energy relationships for marine fish and cephalopods

海を、あらゆる生き物が常に次の食事を求めて動き回っている、巨大で賑やかな都市だと想像してみてください。この水中メトロポリスでは、エネルギーが通貨です。あなたが走り、遊び、成長するためにカロリーが必要なのと同じように、海洋生物も冷たい水の中で過ごし、潮流に逆らって泳ぎ、家族を育てるためにエネルギーを必要とします。しかし、すべての食事が生み出す価値が同じというわけではありません。密度が高く脂肪分が多いピーナッツバターで作られたサンドイッチは、見た目の大きさが同じであっても、ふわふわとした水分たっぷりのレタスで作られたサンドイッチよりも、ずっと大きなパンチ（エネルギー）をもたらします。科学者はこれを「エネルギー密度」と呼び、食品1グラムあたりにどれだけの燃料が詰まっているかを表しています。アザラシやクジラ、海鳥のような海のトッププレデター（頂点捕食者）にとって、どの魚が「ピーナッツバター」で、どの魚が「レタス」かを知ることは、生死に関わる問題なのです。もしメニュー選びを間違えれば、お腹がいっぱいであっても飢え死にしてしまうかもしれません。

ここで、セント・アンドリュース大学と海洋局（Marine Directorate）の研究チームが登場しました。彼らは、スコットランド沖の賑やかな水中近隣地域である北海の「メニュー」を更新したいと考えました。長い間、科学者たちは異なる種類の魚がどれほどのエネルギーを提供するのかを推測するしかなく、多くの場合、今日の変化する海洋には適合しない可能性のある古いデータに頼っていました。チームは推測をやめ、測定を開始することに決めました。彼らは「ボンブカロリーメーター」と呼ばれるハイテクツールを使用しました。これは、小さな魚の破片を燃焼させて、正確にどれだけの熱（エネルギー）が放出されるかを測定する、超精密な炉のようなものです。これを用いて、小さなサンドイールから大きなタラに至るまで、数十種の魚に対して実験を行うことで、誰が何を食べているのか、そして一口ごとにどれだけの燃料が提供されるのかについて、新鮮で詳細な地図を作り上げました。

大きな魚、小さな魚、そしてエネルギーのパズル

研究者たちは、主に6月から10月の間に、北海から数百の魚類およびイカの標本を集めました。彼らは、あらゆる個体を鼻先から尾の端まで測定し、それから「炉」のテストにかけました。目的は、2つの大きな問いに答えることでした。魚1グラムあたりのエネルギーはどれくらいか（エネルギー密度）、そして魚が大きくなるにつれて、総エネルギー量はどのように変化するか、という問いです。

結果は驚くべきものでした。チームは、エネルギー密度が種によって劇的に異なることを発見しました。海の「ピーナッツバター」となったのは、ニシン、スプラット、サバを含むニシン科（Clupeidae）でした。これらの魚は脂肪分が豊富で、凄まじいエネルギーのパンチを秘めており、ニシンは平均して最大 7.13 kJ g⁻¹ に達します。一方で、スペクトルの反対側に位置する「レタス」のような魚は、タラ科（Gadidae、ハドックやホワイディングを含む）や、ドラネコエソ科（Callionymidae）に見られました。これらの魚は非常に痩せており、エネルギー密度は 3.74 kJ g⁻¹ から 4.40 kJ g⁻¹ の間を漂っています。

最も興味深い発見の一つは、タイミングに関するものでした。研究者たちは、多くの海鳥やアザラシのお気に入りの軽食である、小さな魚のライトス・サンドイール（Raitt's sandeel）を詳しく調査しました。彼らは、これらの魚が一年中同じではないことを突き止めました。12月に捕獲されたサンドイールは、6月から7月に捕獲されたものよりも、エネルギー的に著しく「重い」ことが分かりました。長さ 15 cm の冬のサンドイールは約 136.8 kJ のエネルギーを含んでいたのに対し、全く同じサイズの夏のサンドイールはわずか 66.8 kJ しか持っていませんでした。それはまるで、冬の魚は冬眠前にスナックを詰め込んでいた一方で、夏の魚はまだダイエット中であるかのようです。この季節的な変化は、捕食者が冬に簡単に得られるエネルギーと同じ量を得るために、夏にはより懸命に働かなければならないことを意味しています。

サイズが重要（非常に重要）

研究では、魚が成長するにつれて総エネルギー量がどのように変化するかについても調査しました。答えは単純ですが強力です。大きな魚は、指数関数的に優れた食事となります。その関係は直線ではなく、急激に上昇する曲線を描きます。例えば、15 cm のタラは、10 cm のタラの約4倍の総エネルギーを持っています。捕食者にとって、大きな魚を1匹捕まえることは、小さな魚を3匹捕まえるよりもはるかに効率的な場合が多いのです。

研究者たちは、以前のいくつかの研究が示唆していたように、魚が大きくなるにつれてエネルギー密度が上昇するという特定のパターン（シグモイド曲線のような形）があるかどうかを確認しようとしました。しかし、テストしたほとんどの種において、そのパターンは見られませんでした。データはあまりにもバラつきがあり、その特定の数学的形状に当てはめるには多様すぎたのです。これは、多くの魚にとって、大きくなることが自動的に「太る」あるいは「1グラムあたりのエネルギー密度が高まる」ことを意味するのではなく、単に「食べられる量が増える」だけであることを示唆しています。

なぜこれが海洋にとって重要なのか

この新しいデータは、北海の新鮮で正確な「栄養成分表示」のようなものです。これは、環境が変化する世界の中で、アザラシやパフィンのような捕食者がどのように立ち向かっているのかを理解する助けとなります。もし海が温まり、「ピーナッツバター」のような魚が去り、「レタス」のような魚だけが後に残った場合、捕食者は生き残るためにより多くの魚を食べなければならなくなるかもしれません。また、この研究は、サイズのわずかな違いがエネルギーに大きな差を生むことも強調しています。隣の魚よりもわずか 0.5 cm 短いサンドイールは、エネルギー量が 3分の1少なく なることがあります。これは、もし魚の個体群の平均サイズが低下すれば、たとえ周囲に魚がたくさんいたとしても、捕食者がエネルギー危機に直面する可能性があることを意味しています。

これらの最新の数値を提供することで、この研究は、漁業や洋上風力発電、あるいは気候変動といった人間による影響に対して、海洋生物がどのように対処していくかを予測するための、より優れたツールを私たちに与えてくれます。この研究は、海においては、単に水の中にどれだけの魚がいるかではなく、それぞれの魚がどれだけの燃料を運んでいるのかが重要であることを思い出させてくれるのです。