新研究：鳥の特別な肺構造が飛行性能を向上させる

Tokyoオスプレイやワシ、ハゲタカなどの鳥は、上昇気流を利用することで、翼を羽ばたかせなくても長時間飛行することができます。科学者たちは、これらの鳥が飛行をより効率的にするための新たな方法を見つけました。それは、鳥たちが肺を使っているということです。この発見は、フロリダ大学の生物学者エマ・シャハナーが率いる国際研究チームによって行われ、Nature誌に発表されました。

鳥は哺乳類と異なる呼吸方法を持っています。哺乳類は吸気と呼気に同じ経路を使いますが、鳥は一方通行で空気が流れ、肺は一定の場所に留まります。空気の流れを助けるのが気嚢で、その中でも特に胸下突起気嚢（SPD）は飛行筋の力を高める役割を果たしています。

研究の主なポイントは以下の通りです：

• 鳥の肺には飛行を助ける気嚢があります。
• SPDと呼ばれる特別な気嚢は、滑空能力を高めます。
• このSPDは滑空する鳥類のみに存在します。

アカオノスリのCTスキャンがきっかけで、偶然にもSPDが発見されました。シャクナー博士は、大きな膨らみが大胸筋と上烏口筋の間にあることを確認しました。これらの筋肉は翼を羽ばたかせるために重要な役割を果たします。彼女は、この袋がワシの滑空を助けているのではないかと推測しました。

ストーニーブルック大学のシャフナーとアンドリュー・ムーアは、68種の鳥を調査しました。彼らは、7回以上上昇する鳥にはSPDが見られ、上昇しない鳥にはSPDが存在しないことを発見しました。このことから、SPDが上昇飛行にとって重要であることが示されています。

シャフナーはリバプール大学のカール・ベイツと協力し、SPDがタカにどのような影響を及ぼすかを研究しました。彼らは鳥の体のコンピューターモデルを作成しました。モデルでは、SPDが大胸筋の働きを向上させ、翼を安定させることが確認されました。モデルからSPDを取り除くと、鳥の飛行が悪化しました。

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彼らの研究結果によれば、SPDは空中を滑空する鳥にとって重要であることがわかりました。また、これらの鳥の胸の筋肉は、滑空しない鳥の筋肉とは異なるという発見もありました。この違いは、鳥がより強い力を生み出すのに役立っています。

この発見は、動きと呼吸の関係に対する私たちの見方を変えます。私たちはすでに、動くことが鳥の呼吸を改善することを知っていました。しかし今、私たちは肺が高く飛んでいるときに鳥の動きにも影響を与えることを理解しました。

チームはSPDが他に利用されていないことを発見しました。彼らは、赤尾鷹の落ち着いた状態でのCTスキャンを観察し呼吸の様子を確認しました。その結果、鷹は空気嚢が潰れていても呼吸が可能であることを発見しました。また、鷹自身が空気嚢の開閉を制御できることもわかりました。

研究チームは、鳥の肺にはまだ知られていない機能があるかもしれないと考えています。鳥には、ダチョウ、ハチドリ、ペンギンなど多くの種類があります。彼らの肺は、まだ発見されていない興味深い働きをする可能性があります。

この研究は、ルイジアナ州立大学の研究強化プログラムとフロリダ大学のゲータレード賞の資金提供によって行われました。