1900年代の野生生物調査が気候変動について明らかにしたこと

1世紀前にカリフォルニアの野生生物に関する先駆的な調査を行った生物学者ジョセフ・グリネルの後を継いで研究者たちが登場し、モハーベ砂漠で鳥や小型哺乳類のサンプル採取を始めたとき、彼らは厳しい環境が気候危機によって引き起こされた個体数の変化を増幅させるだろうと予想した。

「砂漠に行く時、そこでの生命が危機に瀕していることは分かっていました」と、カリフォルニア大学バークレー校の生態学および保全生物学教授で、17年前に始まった「グリネル再調査プロジェクト」に携わってきたスティーブン・R・ベイシンガー氏は語る。このプロジェクトの目的は、グリネル氏とその学生たちが1904年から1940年にかけて観察した同じ地域を再訪し、新たなデータと過去のデータを比較することだ。「もしこうした物理的な影響が見られる場所があるとすれば、それは砂漠であるはずです」とベイシンガー氏は言う。

少なくとも鳥類においては、そうでした。バークレーチームが2018年に完了した3年間の砂漠調査では、驚くべき生物群集の崩壊が明らかになりました。グリネルが数えた135種のうち、39種はそれほど一般的ではなく、分布範囲も狭かったのです。調査対象となった61地点では、1世紀前に生息していた種の平均43%が姿を消しました。増加したのはワタリガラス1種だけでした。その理由は？多くの砂漠と同様に、モハーベ砂漠はますます暑く乾燥しており、過去1世紀で気温が約3.6度上昇し、一部の地域では降水量が20%減少しています。「衝撃でした」とベイシンガー氏は言います。

そこで彼は、気候変動が砂漠の生態系を加熱と乾燥によって変化させたのであれば、分析に長い時間を要したその調査の結果が完成したときには、哺乳類の間でも同様の崩壊が見られるはずだと考えた。

結果はそうではなかった。研究者たちは今月初め、モハーベ砂漠の小型哺乳類は同じような崩壊を経験するどころか、暑い日中は地下に隠れ、涼しい夜には地上で餌を探すという回復力を示したと、サイエンス誌に発表した。研究者たちは、デスバレー国立公園、ジョシュアツリー国立公園、モハーベ国立保護区の内外90地点で、カンガルーネズミ、カンガルーマウス、ポケットマウス、ヤマネズミ、サボテンネズミ、ジリス、バッタネズミなど、計34種の小型哺乳類のサンプルを採取した。その結果、グリネル大学の調査結果とほぼ同数の個体が見つかった。

これは、グリネル大学の最初の調査地であるヨセミテ国立公園とは対照的でした。バークレーチームは2003年から2006年にかけて、この地を再調査しました。この調査では、気温の上昇に伴い、小型哺乳類が標高の高い場所へ移動したり、生息域を縮小したりしていることが明らかになりました。調査対象となった28種の哺乳類のうち、半数は生息域を1,600フィート（約480メートル）以上拡大しました。カリフォルニアハタネズミやカリフォルニアポケットマウスのような低標高の種は標高の高い場所へ移動し、フサオヤマネズミやアレンシマリスのような高標高の種は生息域を縮小しました。

ベイシンガー氏によると、この結果は、すべての種が気温や降水パターンの変化に同じように反応するという考え方を科学者が再考すべきことを示唆しているという。「モハーベ砂漠では、鳥類が哺乳類とは全く異なるレベルの気候変動を経験していることを示しました」と彼は指摘する。「つまり、『万能薬』という考え方はあまりうまく機能しません。よりきめ細かなアプローチが必要です。」

こうした微妙な差異を理解できるのは、グリネルと彼の学生たちが20世紀初頭の動植物について、非常に詳細なフィールドノートを記録したからにほかなりません。彼らは州内700カ所以上の調査地点で、10万点の標本を収集し、7万4000ページに及ぶ筆記体のフィールドノートと1万枚以上の画像を記録しました。その結果、1世紀にわたる温暖化と乾燥化が生態系の多様性をどのように変容させたかを比較するための、稀有な基盤が生まれました。 

フューチャー・アースの暫定ディレクターであり、世界的な研究・イノベーション協力者でもあるジョシュ・テュークスベリー氏は、今回の再調査には参加していないが、今回の新たな研究は、自然システムであれ人為システムであれ、是正措置を講じる前に、温暖化と乾燥化がもたらす複雑な影響を深く掘り下げることの価値を示している。「変化の大きさをこれほど包括的に把握できるのは、かなり稀です」とテュークスベリー氏は語る。「このような洞察を可能にする、真に明確で明確な比較を行うのは、容易ではないのです。」

グリネル氏は、カリフォルニアに人口が流入することで自然史が失われるのではないかと懸念し、調査を開始しました。彼と学生たちは、複数の国立公園を含む7つの地域に焦点を当てました。これは、研究者が土地利用の変化を考慮する必要がなく、気候変動の影響に焦点を当てることができるため、今日では特に有用です。バークレー脊椎動物学博物館に保存されている綿密な日誌には、標本のみで構成される多くの博物館のコレクションでは見落とされている情報が記録されています。

当時の地形図を含むこれらのメモのおかげで、バークレー再調査隊のメンバーは彼の探検を再現することができました。グリネルは1914年3月14日、モハーベ砂漠への探検について「昨日の午後2時にバークレーから到着し、夜になる前に罠を仕掛けられるよう準備を整えた」と記しています。それから101年後、カリフォルニア大学バークレー校名誉教授で、同博物館の哺乳類コレクションの学芸員でもある78歳のジェームズ・パットンは、妻のキャロルと共に数週間にわたるキャンプでグリネル隊の調査に同行しました。

パットンはしばしばその日誌のコピーを携帯していた。再調査隊が1世紀前に記録された手がかりをたどり、アマチュア探偵のような行動に出る例もいくつかあった。デスバレーでは、グリネルの記録にケリーの井戸が遺跡として記録されていた。パットンは同じ名前の地点を8マイル離れた場所に2つ見つけたが、セピア色のキャンプ場の写真を見て正しい場所を特定することができた。

グリネルは厳しい教師で、生徒たちに見たもの全てを、その場で書き留めるよう要求しました。生徒たちは狭軌鉄道、モデルTフォード、バックボード、ロバ、そして徒歩で州を横断し、何日も、時には何ヶ月もキャンプをしました。彼は現在グリネル方式として知られる手法を考案し、教職員と生徒たちにインドインクと彼が「永久紙」と呼んだものを使ってフィールドノート、フィールド日誌、種の記録、標本目録を作成することを義務付けました。生徒たちは見た砂漠ウズラやアカハラコキツツキ、仕掛けた罠、ハイキング中に生えた植物、そして生きたまま捕獲したバッタネズミについて記述しました。丘陵から川まで、風景の断面図も描きました。

「あの人たちの能力に匹敵する人は、肉体面でも、目に映るものについて深く考える力でも、現代にはまだ誰もいないと思います」とパットンは言う。「私たちは機械やデジタル機器に囚われすぎて、物事を実際に見ることができないのです」

グリネル氏が散弾銃と致死性のスナップトラップで標本を収集・調査する間、パットン夫妻は毎晩200個の生きたまま捕獲する罠を仕掛け、4～5日間かけて捕獲物を記録しました。彼らは2015年から2018年にかけて、毎年春に8週間、秋に6週間、デスバレーで過ごし、博物館のためにいくつかの標本を保存しました。

結果は予想外だったとベイシンガー氏は言う。「小型哺乳類の回復力を発見できたことに、大変驚きました」と彼は付け加える。「グリネル氏らが調査を行っていた1世紀前、小型哺乳類が生息していた場所の割合と、現在の割合を比較すると、ほぼ直線関係にあることが分かりました」

50年以上にわたり小型哺乳類を研究してきたパットン氏は、小型哺乳類は夜行性であること、巣穴を掘ること、そして種子を代謝して水分を補給する能力によって、水分の必要量を調節されていると述べている。一方、鳥類は日中の暑い時間帯に餌を探し、泉、水たまり、表層水といった開放的な水源を必要とすることが多い。「多くの鳥類は生存のために外部からの水分を必要とします」とパットン氏は言う。「しかし、ほとんどの小型哺乳類は種子を通して自ら水分を生産しているのです。」

ベイシンガー氏は簡単にこう述べている。「鳥はより多くの熱にさらされ、気候変動の影響に対してより敏感なのです。」

これらの違いを理解するために、彼らはアイオワ州立大学の生態学、進化学、生物生物学の助教授であるエリック・リデル氏を招聘した。リデル氏はバークレー大学のポスドク研究員として、49種の砂漠の鳥の冷却ニーズを計算するコンピューターモデルを構築していた。パットン氏とその妻が砂漠でキャンプをしていた間、リデル氏は博物館に泊まり込み、2017年からの2年間で6か月間を費やして鳥の標本を計測し、おおよその寸法、羽毛の長さと密度、さらには太陽光が標本に反射したり羽毛を通過して皮膚に届く量までを測定した。これらの計測値を使用して作成したモデルから、彼は100年前と比較して、今日のそれぞれの鳥類が蒸発冷却に必要とする追加の水の量を推定することができた。グリネル氏の時代から減少した種は、涼しさを保つのが最も難しい鳥類であり、特にスミレミリアツバメやメジロアマツバメのように水分のほとんどを昆虫から摂取する大型の鳥類が顕著だった。

小型哺乳類についても、2019年に同様の研究を行い、さらに6ヶ月間、体の大きさと毛皮の密度を記録しました。モデルは、直射日光、反射日光、地面からの放射熱など、体がどのように熱を吸収または反射するかを調べました。ふわふわした毛皮を持つげっ歯類は熱をゆっくりと伝達する一方、ジリスのような短い毛を持つげっ歯類は熱を素早く伝達する可能性があります。

気候変動の影響（気温上昇と降水量減少）をシミュレートする彼のプログラムは、1,000行を超えるコードで構成されていました。リデル氏はカリフォルニア大学バークレー校のスーパーコンピュータを使用しました。240台のコンピュータが接続され、18時間稼働して1時間あたり12億回のシミュレーションを実行しました。言い換えると、このモデルは過去100年間のモハーベ砂漠において、哺乳類の各種が毎日、毎時間、どれだけの熱を蓄え、あるいは失ったかを計算したことになります。 

鳥類と哺乳類の異なる結果の鍵は、水の消費量にあることが判明した。リデル氏は、鳥類は体温を下げるために小型哺乳類のほぼ3倍の水を必要とすることを発見した。「砂漠では水が非常に限られており、量も少ない。そして、体温を下げるには水が必要なのだ」とリデル氏は言う。「前世紀、鳥類は体温を下げ、活動するために必要な水の量が飛躍的に増加したが、小型哺乳類はそのような変化を経験していない。」

「気候変動によって全く同じ環境に生息する鳥類や小型哺乳類が、あるコミュニティーではこのような非常に厳しい経験をしている一方で、別のコミュニティーでは全く何も経験していないと考えると、とても驚くべきことです」と彼は続ける。

砂漠ヤマネズミのように、より多くの水を必要とする少数の小型哺乳類でさえ、水量は減少しなかった。「本当に驚きました」とリデル氏は言う。「これらの齧歯類に共通するものは何でしょうか？それは、皆、快適で涼しく、安定した地下の微小生息地にアクセスできることです。」

しかし、グリネルの基礎研究がなければ、こうした比較や気候変動の影響の理解は不可能だったでしょう。グリネルは地球温暖化を想像することはできなかったでしょうが、自身の研究が永続することを予見していました。「私は、最終的に私たちの博物館の最大の価値となるであろうことを強調したいと思います」と、グリネルは脊椎動物学博物館の設立に尽力してから2年後の1910年に書いています。「しかし、この価値は何年も、おそらく1世紀も経って初めて実現するでしょう。…そして、未来の学生がカリフォルニアおよび西部の動物相の状態に関するオリジナルの記録にアクセスできるようになるということです。」

ベイシンガーとパットンは、未来の学生たちの第一世代であり、グリネルの研究成果を、棚に保管されながらもほとんど研究されることのなかったものから、気候変動の影響を調査するためのツールへと変貌させた研究者だ。「30年後には誰かがまた同じことを繰り返すだろう」とベイシンガーは言う。「気候変動はおそらくさらに深刻化するだろう」

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