南極の食物連鎖の記事を書いたあと、私は一つのことをずっと考えていました。
あの網の中で、ペンギンは中段にいるように見えます。でも海に入ってごはんを探すとき、彼らがしていることは、私が思っていたよりずっと大げさでした。
2007 年、データロガーを装着した皇帝ペンギン（Aptenodytes forsteri）の一群が、ロス海の氷の穴から潜りました。Wienecke らが後でロガーを読み出したところ、最大深度は 564 メートルでした。
この数字は今も、鳥類の潜水世界記録です。マッコウクジラは 2,000 メートルを超え、ウェッデルアザラシは 600 メートル少しまで潜れます。皇帝ペンギンはその間にいて、羽を持つ動物の中で最も深くまで行った存在です。
27.6 分の水中
深度は静的な数字です。研究者がさらに気にするのは、彼らが水中にどれだけ長くいられるかです。
Sato らが 2011 年に J Exp Biol に発表した研究では、最長の単回潜水として 27.6 分が記録されました。その間、ペンギンはまったく呼吸できません。潜る前に体内へ入れておいた酸素だけで持ちこたえます。
普段の潜水はここまで極端ではありません。皇帝ペンギンの日常的な狩りは、多くが 100〜200 メートルの範囲で、1 回あたり 3〜12 分ほどです。それでも鳥としては十分に限界近くです。
彼らの有酸素潜水限界（aerobic dive limit、ADL）はおよそ 5〜6 分です。このしきい値を超えると、体は無酸素代謝に頼る必要があり、あとで乳酸を処理する時間が必要になります。多くの潜水は ADL の範囲内にできるだけ収め、潜水と潜水の間の回復時間を短くします。
27.6 分というのは、このシステムを極端まで押し込んだ記録です。日常はそう走りません。
心拍は毎分 6 回
水に入る前、皇帝ペンギンの心拍は毎分 60〜100 回ほどです。
潜ると、この数字は落ち始めます。
Meir らの 2008 年の研究（J Exp Biol）では、深い潜水中に心拍が毎分 6 回まで下がることが記録されました。これは潜水性徐脈（dive bradycardia）という、生理的に能動制御された反応で、水に入ったあと神経系によって引き起こされます。
心拍が遅くなると、心臓が使う酸素も減ります。節約した酸素で、もう少し長く持つことができます。
ただ、心臓はこのシステムの入口にすぎません。その奥で、別のことが起きています。
血流の地図が描き直される
心拍を落とすのは第一層です。もっと大事なのは、血液がどこへ行くかです。
潜った瞬間、ペンギンの体では末梢血管が収縮します。足ひれ、消化器官、皮膚などの「非必須」部位への血流が先に絞られ、心臓と脳へ集中します。脳は方向と深度を判断し続けなければならず、心臓は最低限の循環を保たなければなりません。この二つは止められません。ほかの部位は待機です。
足ひれは水中で動き続けていますが、内臓は半分休眠に入っています。外から見ると一羽のペンギンにしか見えません。でも内部では、血液供給の地図がすでに変わっています。
このとき筋肉は、ほとんど自分の酸素庫で持ちこたえています。血液はリアルタイムに酸素を届け続けません。
ここでミオグロビン（myoglobin）が出てきます。
筋肉の中の酸素庫
ミオグロビンは、筋細胞の中にある酸素を蓄えるタンパク質です。色は濃い赤です。濃度の高い筋肉を切ると、ほとんど茶黒く見えます。
皇帝ペンギンのミオグロビン濃度は、筋肉 100 グラムあたり約 6.4 グラムです。陸上鳥類では一般に 0.6〜1.2 グラムほど。この差は 5〜10 倍です。
これほど濃度が高いと、潜水中の筋肉は血液からの酸素供給を一時的に離れて、より長く独立して働けます。血流が切られ、心拍が落ちても、筋肉自身に備蓄があるので、すぐには酸欠になりません。
ただしミオグロビンにも上限があります。使い切れば、それで終わりです。
酸素の三層配分
水に入る前の酸素でどれだけ持つかは、事前にどう配分しているかで決まります。
研究では、皇帝ペンギン体内の酸素貯蔵はおおよそ次のように分布すると推定されています。筋肉に約 7 割、ミオグロビンで蓄えます。血液に約 2 割 8 分、ヘモグロビンで運びます。ペンギンは血液量とヘモグロビン濃度が普通の鳥より高いです。残りの 2% 未満が肺で、いちばん小さい分です。
肺が 2% 未満というのは、人間の直感とは完全に逆です。人間の潜水は主にあの一息に頼ります。ペンギンは筋肉と血液に先に準備しておき、水に入る前に勘定を済ませ、口や肺にある空気はそのあとです。
これで、深い潜水中にペンギンが肺の空気を吐き出し、浮力を減らして下りやすくできる理由もわかります。もし主な酸素が肺にあるなら、そんなことをしたら水中時間がすぐ短くなります。彼らはそこをそれほど心配しなくてよいのです。
記録の後ろに残る未知
564 メートル、27.6 分、心拍毎分 6 回。これらの数字はそれぞれの研究に出てきます。ただし、同じ一羽が三つの極値を全部同時に達成したことを記録した論文はありません。
個体差も問題です。どのペンギンがどれだけ深く潜れるか、心拍がどこまで落ちるかには、かなりの差があります。Meir らの研究でも、潜水中の心拍変化は個体によって違い、深潜り記録のサンプル数も少ないため、個体群レベルの統計をつくるのは難しいです。
この生理システムが進化上どうできあがったのかも、まだ完全には解けていません。皇帝ペンギンのミオグロビン遺伝子制御、血液特性、心拍制御経路はそれぞれ研究されています。でも、それらを一つの潜水生理モデルとして統合するには、まだデータが必要です。
研究者がかなり確かだと言えることと、まだ答えられないことの境界は、今も動いています。
私もまだ読み続けています。
よくある質問
皇帝ペンギンはどれくらい深く潜れますか。
記録された最大深度は 564 メートルで、鳥類の潜水記録です。日常の採餌潜水は多くが 100〜200 メートルほどです。
潜水中の心拍が毎分 6 回まで下がるのはなぜですか。
潜水性徐脈で心臓の酸素消費を抑え、脳、心臓、筋肉へ酸素を残すためです。
潜水中の酸素は主に肺にありますか。
違います。皇帝ペンギンでは酸素の約 70% が筋肉、約 28% が血液にあり、肺は 2% 未満です。
