野生の算数: 動物たちの生存戦略

過去数十年の間に明らかになった重要な発見の一つは、私たちの数を数える能力は、言語を使う能力に基づくものではなく、生物学的な祖先に深く根ざしているということだ。人間が数字を使う場面の多さを考えれば、数字のない生活は考えられない。しかし、ホモ・サピエンスになる前の私たちの祖先にとって、数字の能力は何のメリットがあったのだろうか？　そもそも、動物はなぜ数字を計算していたのか？

数を処理することが生存に大きな利益をもたらすことが判明しており、この行動特性が多くの動物個体群に存在する理由となっている。生態系環境の中で動物を調査したいくつかの研究では、数を表現することで、動物が食料源を利用したり、獲物を狩ったり、捕食を避けたり、生息地内を移動したり、社会的相互作用を持続させたりする能力が高まることが示唆されている。

生き続ける

地球上で最も古い生物である単細胞のミクロなバクテリアは、数値的な能力を持った動物が地球上で進化する前に、すでに定量的な情報を利用していました。バクテリアが生計を立てているのは、環境中の栄養素を消費することである。ほとんどの場合、バクテリアは自ら成長し、分裂して増殖している。しかし近年、微生物学者は、細菌が社会生活を営んでいることを発見し、他の細菌の有無、つまり細菌の数を感じ取ることができることを発見した。

例えば、海洋細菌ビブリオ・フィセリ（Vibrio Fischeri）を見てみる。これは、蛍が光を放つ方法に似た、生物発光と呼ばれるプロセスを通じて光を作り出すことができる特別な特性を持っている。これらの細菌が希薄な水溶液中にいる場合（単独でいる場合）は、光を発さない。しかし、ある一定の細胞数の細菌に成長すると、すべての細菌が一斉に光を発するようになる。そのため、ビブリオ・フィセリは、単独でいるときと一緒にいるときを区別することができる。

どうにかして細胞数を伝えなければならないが、化学言語を使ってそれを行うことがわかった。彼らはコミュニケーション分子を分泌する。水中の分子の濃度は細胞数に比例して増加する。そして、この分子が一定量に達すると、定足数と呼ばれる値に達し、他のバクテリアに隣人が何人いるかを伝え、すべてのバクテリアが光る。この動作を「ノルムセンシング」という。バクテリアはシグナリング分子で投票し、投票はカウントされ、特定の閾値（定足数）に達した場合、すべての細菌が応答する。この行動はビブリオ・フィセリの異常ではなく、すべての細菌がこのような定足数センシングを使って、シグナル分子を介して間接的に細胞数を伝達している。

驚くべきことに、定足数感知はバクテリアに限ったことではなく、動物もそれを利用して移動している。例えば、ニホンアリ（Myrmecina nipponica）は、定足数を感知すると、コロニーを新しい場所に移動させることを決定する。この形式の合意形成の意思決定では、アリは、目的地に定義された数のアリが存在している場合にのみ、コロニー全体と一緒に新しい場所に彼らの大群を輸送し始める。その時に初めて、コロニーを移動させても安全であると判断するのである。

数値認知もまた、ナビゲーションと効率的な採餌戦略の開発の両方において重要な役割を果たしている。2008年、生物学者のMarie DackeとMandyam Srinivasanは、徹底的に制御された実験を行い、ミツバチは食物源に到達するための飛行トンネル内のランドマークの数を推定できることを発見した。ミツバチは、巣箱への食糧源の距離を測定するためにランドマークに依存しているが、数を評価することは、その後、その生存に不可欠だ。

それが最適な採餌になると、 「より多い方に行く」は、ほとんどの場合、経験則の良いルールであり、あなたがそれについて考えるときに明らかなようだが、時には反対の戦略が有利である、研究者が発見した。フィールドマウス（Apodemus agrarius）は生きているアリを愛しているが、脅威にさらされると噛みつくので、アリは危険な獲物だ。フィールドマウスが、量の異なる2つのアリのグループと一緒にアリーナに配置されると、その後、それは驚くほど「より少ない方に行く」。ある研究では、5対15、5対30、10対30のアリを選択できるマウスは、常にアリの量が少ない方を好むという結果が出た。フィールドマウスは、狩りが快適になるように、また頻繁に噛まれないようにするために、アリの数が少ない方を選んでいるようだ。

集団で獲物を狩る際には、数値的な手がかりも重要な役割を果たす。例えば、オオカミがヘラジカやバイソンを捕獲する確率は、狩りをする集団の大きさによって異なる。オオカミはヘラジカやバイソンなどの大型の獲物を狩ることが多いが、大型の獲物はオオカミを蹴ったり、転がしたり、踏みつけたりして死なせることがある。そのため、特に大規模なグループでは、「手控え」をして自分ではない他のオオカミに殺意を抱かせたいというインセンティブがある。

その結果、オオカミは様々な獲物を狩るのに最適なグループサイズを持っている。エルクの場合、捕獲の成功率は2～6頭のオオカミで横ばいになる。しかし、最も手ごわい獲物であるバイソンの場合は、9～13頭のオオカミが最も確実に捕獲を成功させることができる。したがって、オオカミの場合、狩猟中には「数の強さ」があるが、獲物の強靭さに依存する一定の数までしかない。

鳴き声の「数」で警告を発するクロヒヨドリ

多かれ少なかれ無防備な動物は、社会的な仲間の大集団の中に身を隠すことが多い。しかし、大集団の中に身を隠すことだけが、数的能力を伴う唯一の捕食対策戦略ではない。

2005年、ワシントン大学の生物学者のチームは、ヨーロッパに生息するクロヒヨドリ（Poecile atricapilla）が、捕食者の存在と危険性を知らせるための驚くべき方法を開発したことを発見した。他の多くの動物と同様に、ヒヨドリは鷹などの潜在的な捕食者を検出すると、仲間のヒヨドリに警告するためにアラームコールを発する。

彼らは静止した捕食者のために、これらの小さな歌鳥は、彼らの名前の  「チック・ア・ディー・ディー」のアラームコールを使用している。このアラームコールの最後にある「ディー」の音符の数は、捕食者の危険度を示していることが示されている。「チック・ア・ディー・ディー」のように「ディー」の音符が2つしかないような鳴き声は、無害なミミズクを示しているかもしれない。オオミミズクは体が大きすぎて、森の中で機敏に動くヒヨドリの後を追いかけることができないので、深刻な脅威にはならない。

対照的に、小型のミミズクは木の間を移動することは問題ないので、これらの小鳥にとって最も危険な捕食者の1つとなっている。シマフクロウはピグミーフクロウを見ると、ディー 」という音の数を増やして「チック・ア・ディー・ディー・ディー」と鳴く。ここでは、鳴き声の数が積極的な捕食対策の役割を果たしている。

数的有利で侵入者への対応を変えるライオンやチンパンジー

また、個人だけでは資源を守ることができない場合には、集団や集団の大きさも重要であり、自分の集団の中の個体数と相手の個体数を相対的に評価する能力は、明らかに適応的価値がある。

いくつかの哺乳類の種が野生で調査されているが、共通の発見は、数的優位性がこのような戦いの結果を決定するということである。サセックス大学の動物学者カレン・マコンブと共同研究者は、先駆的な研究の中で、セレンゲティ国立公園のメスライオン（Panthera leo）が侵入者に直面したときの自発的な行動を調査した。

著者らは、野生動物がスピーカーを通して再生された発声に、あたかも本物の個体がいるかのように反応するという事実を利用した。再生された音声が脅威をもたらす外国のライオンのように聞こえる場合、ライオンの雌ライオンは敵の発信源としてスピーカーに積極的に近づく。この音響再生の研究では、著者らは、見慣れないライオンの咆哮を住人に聞かせることで、敵対的侵入を模倣した。

被験体には2つの条件が提示された。1頭の雌ライオンが唸っている録音と、3頭の雌ライオンのグループが一緒に唸っている録音の2つである。研究者たちは、攻撃者の数と防御者の数が防御者の戦略に影響を与えるかどうかに興味を持っていた。興味深いことに、1匹のディフェンダーのメスは、1匹または3匹の侵入者のプレイバックに近づくことを非常に躊躇していた。しかし、3匹のディフェンダーは、1匹の侵入者の咆哮には容易に近づいたが、3匹の侵入者の咆哮には一緒には近づいた。

明らかに、3匹の相手との戦いに入るときに怪我をする危険性は予断を許さないものであった。ディフェンダーの数が5匹以上になった場合に限って、獅子女は3匹の侵入者の咆哮に近づいた。つまり、ライオンは侵入者の数が多い場合にのみ、積極的に接近することを決めている。

動物界で最も近いいとこであるチンパンジー（Pan troglodytes）も、非常に似たような行動パターンを示している。ハーバード大学のマイケル・ウィルソンと共同研究者は、同じような再生法を用いて、チンパンジーが軍事戦略家のような行動をすることを発見した。

チンパンジーは、軍隊で使われる方程式に直感的に従って、相手の相対的な強さを計算している。特に、チンパンジーは、ランチェスターの「二乗の法則」と呼ばれる戦闘モデルの予測に従う。このモデルでは、各側に複数の個体がいる場合、チンパンジーは、少なくとも1.5倍以上の数で相手側に勝てる場合にのみ、戦いに参加すると予測されている。そして、これはまさに野生のチンパンジーが行っていることである。

目的は遺伝子の伝達

生物学的な立場からみると、生き続けることは、目的のための手段であり、目的は遺伝子の伝達である。ミールワーム（Tenebrio molitor）では、多くのオスが多くのメスと交尾し、競争が激しい。そのため、オスは交尾の機会を最大化するために、常により多くのメスを求めて行く。交尾後のオスは、他のオスからの更なる交尾行為を防ぐために、しばらくの間、メスをガードする。男性が交尾前によりたくさんのライバルと遭遇すればするほど、彼は交尾後、より長い時間の女性を守るようになる。

このような行動が繁殖に重要な役割を果たしていることは明らかであり、高い適応価値を持っている。数（ライバルの数、交尾の機会の数）を見積もることができるようになったことで、オスの性的競争力が向上した、と言える。このことが、進化の過程で、より高度な認知的量推定の原動力になっているかもしれない。

人は、すべては交尾の成功によって勝ち取るものだと考えるかもしれない。しかし、一部の動物では、卵子を受精させることが本当の意味での勝利なのだ。個々のオスの交尾パートナーがその役割を果たすと、精子は卵子の受精を求めて競争を続ける。生殖は生物学において最も重要なことなので、精子の競争は行動レベルで様々な適応を引き起こす。

昆虫でも脊椎動物でも、オスの競争の大きさを推定する能力が射精液の大きさと組成を決定する。例えば、サソリ（Cordylochernes scorpioides）では、複数のオスが1匹のメスと交尾するのが一般的だ。明らかに、最初のオスはこのメスの卵子を受精させる最高のチャンスを持っているが、次のオスは子孫を作るチャンスをより小さくしており、あとになればなるほど、チャンスは小さくなっていく。しかし、精子の生産にはコストがかかるため、卵子を受精させる確率を考慮して精子の配分を検討する。オスはメスと交尾した競合オスの数を嗅ぎあて、異なるオスの嗅覚の数が0から3へと増えるにつれて、精子の配分を段階的に減らして調整している。

一方、いくつかの鳥類は、子育ての負担を取り除き、他の鳥類に仕事をさせるために、さまざまな策略を考案している。結局のところ、繁殖と子育てにはお金がかかるからだ。彼らは他の鳥の巣に卵を産み、宿主が卵を孵化させ、子孫を養うのすべてのハードワークをさせることによって、寄生する。当然のことながら、潜在的なホストは喜んでいないと搾取されることを避けるためにすべてを行う。そして、潜在的なホストがその処分で持っている防衛戦略の一つは、数値の合図を使用している。

例えば、アメリカオオバン（Fulica americana）は、隣人の巣に卵をこっそり入れて、彼らを騙して雛を育てることを期待している。もちろん、隣人は搾取されることを避けようとしている。オオバンの自然の生息地での研究は、オオバンが自分の卵を、カウントすることができることを示唆している。彼らは通常、自分の卵を産み、余剰の寄生卵を拒否する。

子育て寄生のさらに洗練されたタイプは、北アメリカに住んでいる歌鳥の種のコウウチョウ（Molothrus ater）で発見されている。この種では、雌はまた、キクイタダキ属のような小さな鳥からマキバドリ属のような大きなものまで、様々なホスト種の巣に卵を堆積させ、彼らは将来の若者が明るい未来を持っていることを保証するために、スマートでなければならない。

オオバンの卵は、正確には12日間の潜伏期間を経て孵化するが、潜伏期間が11日しかない場合は、雛は孵化せず、失われてしまう。したがって、最も一般的な宿主の卵の孵化期間は11日から16日で、平均12日であることは偶然ではない。ホスト鳥は通常、1日に1個の卵を産む。これは、雛が卵の中で開発を開始し、クロックが刻み始めることを意味する。

したがって、オオバンのメスにとっては、適切な宿主を見つけることだけでなく、産卵のタイミングを正確に適切に計ることが重要だ。オオバンは、ホストの巣に早すぎる彼女の卵を産む場合、彼女は彼女の卵が発見され、破壊される危険性がある。しかし、彼女はあまりにも遅く卵を産む場合は、孵化時間は、彼女のヒナが孵化することができる前に期限が切れている。

ペンシルバニア大学のデビッド・J・ホワイトとグレース・フリード＝ブラウンによる巧妙な実験は、ウシドリのメスが宿主のクラッチを注意深く監視して、潜在的な宿主の潜伏に寄生を課せね合わせるテクニックをもつことを示唆している。オオバンのメスは、最初の訪問以来、卵の数が増加しているホストの巣に目を光らせている。これは、宿主がまだ産卵中であり、潜伏がまだ始まっていないことを保証する。さらに、オオバンの雌は、最初に訪れてからの日数が経過するごとに、ちょうど1個の卵が追加されている巣を探す。

たとえば、初日にウグイスのメスが巣を訪れ、巣の中に宿主の卵を1個見つけた場合、3日目に宿主の巣に3個の卵がある場合にのみ自分の卵を寄託することになる。もし巣の中に最後に訪れてから経過した日数よりも少ない数の卵が含まれていた場合、彼女はすでに潜伏が始まっていることを知っているので、自分の卵を産むことは無意味であることを知っている。雌のオオバンは複数日かけて巣を訪れ、ある日から次の日までの巣の状況を記憶し、過去の訪問から現在までの巣の卵数の変化を評価し、経過した日数を評価し、これらの値を比較して卵を産むか産まないかを判断しなければならないので、信じられないほど認知的に負荷がかかる。

しかし、これだけではない。オオバンの母親はまた、不吉な補強戦略を持っている。彼らは卵を産んだ巣を見張っている。彼らの卵を保護する試みでは、オオバンはマフィアのギャングのように行動する。オオバンは彼女の卵が破壊されたか、ホストの巣から排除されたことを発見した場合、彼女はそれらの穴をつついたり、巣の外にそれらを運ぶと地面にそれらをドロップし、ホスト鳥の卵を破壊することによって報復する。宿主の鳥は、より良いオオバンの巣を育てなければならないし、そうでなければ、親愛なる代償を払わなければならない。したがって、宿主にとっては、適応性の観点から、わざわざ里親のヒナを育てる価値があるのかもしれない。

オオバンは、進化が遺伝子を受け継ぐビジネスに留まるためにいくつかの種をどれだけ追い込んできたかの驚くべき例だ。既存の選択圧力は、無生物の環境によって課せられたものであれ、他の動物によって課せられたものであれ、種の個体群は、特定の遺伝子によって引き起こされる適応的形質を維持したり、増加させたりすることを余儀なくされている。

数を評価することが、生存と繁殖のためのこの闘争に役立つのであれば、それは間違いなく評価され、頼りにされている。このことが、動物界で数字の能力がこれほどまでに広まっている理由を説明している。数的能力は、以前の共通の祖先によって発見され、すべての子孫に受け継がれたか、あるいは動物の生命の木の異なる枝にまたがって発明されたかのいずれかの理由で進化した。進化の起源に関わらず、一つ確かなことがある。それは、数値能力が適応的な形質であることだ。

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