秋が深まるにつけ、鮮やかな紅葉が目につくようになってきました。
この紅葉ですが、どのような仕組みで起きるのでしょうか。
改めて調べてみたところ、その理由は以下のようです。
夏の間、落葉樹の葉では活発に光合成が行われます。しかし、秋になってだんだんと気温が低くなってくるとそれに適さない環境になり、光合成の装置は完全に分解されます。また夏の間、葉に蓄えられていたクロロフィルが分解されて別の物質が形成されます。
緑色だった葉は色を変え、赤くなる葉にはアントシアン、黄色くなる葉にはカロテノイドといった色素が合成されます。また茶色の葉にはタンニンが形成されます。秋になると鮮やかな紅葉が目に付くようになるのはこのためです。
こうした状況下では、それまで葉っぱに蓄えられていた水分やエネルギーが幹へと回され蓄積されます。冬の間に無駄に消費されるのを防ぐためです。そして、葉っぱの付け根には、植物ホルモンのエチレンという物質の働きで離層と呼ばれる切れ目ができます。
秋の深まるころ、ここから葉は枝から切り離され、木々はその葉を落として休眠状態に入ります。幹に行った栄養素は、翌年の春になると再利用され、新しい茎や葉が作られます。
こうして木々たちはその体内にエネルギーを蓄えたまま春まで冬眠します。ただし、針葉樹は冬眠しません。針葉樹もまた落葉しますが、一般には数年で葉を落とします。またすべてを落とすわけではなく、年単位で落葉しないので冬眠もないわけです。
落葉樹と同じく、動物にも冬眠するものがいます。カエルやカメなどがそれで、冬になると土の中に潜り込んで眠りに入ります。こうした変温動物が冬眠するのは、外の気温と体温がほぼ同じなので冬になると体温が下がってしまって、活動できなくなってしまうからです。
こうした爬虫類や両生類だけではなく、クマやリス、ヤマネ、ハムスター、コウモリといった哺乳類の一部も冬眠します。一般的な哺乳類は寒くなると体の中で熱を作ることができ、体温を37度前後に高く保っています。しかしこれらの冬眠動物は冬になると熱を作るのをやめてエネルギーを節約し、体温を下げることに専念します。
つまり、夏が終わって冬が近づくと体のモードが変わり省エネモードに入るわけです。例えばクマやリスは1年周期で冬眠するよう体がプログラムされていて、冬になると省エネモードになって冬眠がしたくてたまらなくなります。
こうした1年を刻むリズムは、もともとどんな動物も持っていたといわれています。しかし、生活環境によってこうした1年サイクルのリズムがないほうが便利だと考える動物の方が多く、これは我々人間も同じです。
その理由はよくわかっていませんが、進化の過程で冬の間も眠くならないようなリズムにシフトしたものと考えられています。人間の場合、野生のものを採るのではなく、農耕や牧畜によって、冬の間でも食料を自ら育て・生み出すことができるようになったのが理由の一つと考えられています。
冬になってエサがとれなくなるというのは、動物にとっては生きていく上では致命的です。人間のように自分で食料を生みだすことができない生き物が、エサがないときに取る戦略としては3つが考えらえます。
ひとつは渡り鳥のように「移動する」という方法です。またもう一つは「何でも食べて生き延びる」という方法、そして最後のひとつがが「眠ること」です。
一般に、冬眠する動物は眠ることで餌を食べないようにしてこのエサ不足を凌ぎます。クマやジリスはほとんど何も食べないことが知られています。とはいえ何も食べないで冬眠に入ると死んでしまうので、秋にたくさん食べて丸々と太り、冬眠中は貯めた脂肪を燃やしてエネルギーをつくります。そしてこの脂肪を冬眠中に燃やし切ります。
一方、シマリスやハムスターのような小さな動物は、巣穴にエサを貯めておいて、冬眠中に起きて食べることで餌不足に対応します。体温が下がった深い冬眠状態が4〜5日くらい続いた後に起き出し、体温を平熱に戻します。そして半日から1日くらいを費やして餌を食べてエネルギーを補給します。こうしたサイクルを冬眠期間中に何度もくり返します。
こうした冬眠動物は冬眠中に体温を下げます。なぜ体温が下げるかというと、起きていては体温を保つために大量のエネルギーを消費してしまうからです。普段は食べ物からとった栄養分をエネルギー源にし、それを燃やしたときに出る熱エネルギーで体温を保っていますが、エサの少ない冬には必ずしもそうはいきません。
冬眠ではなく反対に「夏眠」をする生き物がいます。夏になると暑くて乾燥する地域に多くみられ、乾きのために水や食料がとれなくなるためです。カタツムリやミミズ、昆虫などの無脊椎動物によく見られ、木のウロや岩かげにかくれて体温を下げて過ごします。このほか、ハイギョのような魚類にも夏眠が見られます。
冬眠する場合も夏眠する場合も、その間を過ごすためのエネルギーはその前に調達する必要があります。冬眠動物の場合、そのエネルギー源は、秋になって体内に貯めた脂肪か、巣穴にためたエサしかありません。こうしたエネルギーを節約するために、体を省エネにして栄養を燃やす量も減らします。結果、熱も出なくなりますから自ずと体温も下がります。
と同時に呼吸数や心拍数も減り、いわゆる仮死状態になります。クマなどの大型の冬眠動物はそれほど下がりませんが、それでも普段37度くらいの体温が30度くらいに下がります。またリスなど小型の冬眠動物では体温10度以下にまで下がるそうです。
クマなどの大型動物の体温が高めなのは、子育てのためだからと言われています。体温30度くらいだと少しは動けますから、メスのクマは冬眠期間中に起きて出産し、冬眠しながら授乳することができます。
あまり体温が下がらないため、かつてクマは冬眠ではなく、「冬籠り」をしているだけではないのかと考えられていました。しかし、最近の研究ではクマは冬眠中に使う酸素の量を減らしている、ということがわかってきました。
クマだけでなく多くの動物が、動いたり呼吸したり体熱を作ったりというように、体がエネルギーを使う時には大量の酸素を消費します。冬眠して省エネモードになれば、この酸素を使う量を減らすことができます。酸素消費量の低下もまた冬眠の特徴といえるわけです。
このように、体温が下がり、酸素の使用量も減ると、普通の動物は数時間か、せいぜい2日くらいしか生きられません。なのに、どうして生きることができるかについては、実はまだよくわかっていないようです。
ただ一つわかっているのは、冬眠動物は心臓の使い方を夏と冬で変えているということです。心臓から送り出す血液の量を減らすことで酸素の消費量は減らすことができます。しかし、まったく止めるわけではなく、僅かながらでも血が通っていれば細胞は死にません。
また零下の気温であっても流れてさえいれば血液も凍りません。体温が0度以下になるとさすがに凍ってしまいますが、北極に住むホッキョクジリスというリスの体温を調べたところマイナス4度だったという驚きの研究結果もあります。
こうした冬眠動物の能力は目を見張るものがあります。呼吸数も心拍数も減り、体温も下がって省エネな体になるのに、心臓は止まらないし、臓器も傷まない。そうした中で脂肪も効率的に燃やすことができるというのはすごいことです。
また筋肉も衰えにくいといいます。人間は病気などで長い間寝たきりになると、すぐに足などの筋力が落ちてきます。しかし、クマは冬眠中でも筋肉が落ちません。リスやハムスターなどの小動物も一度は筋肉が落ちますが、冬眠が明けるころ回復しているそうです。
冬眠という言葉からはすぐに「眠り」が連想されますが、英語で冬眠は「hibernation」といい、眠りを表す「sleep」は使いません。本来、眠りと冬眠は別物であるわけです。
ただ、冬眠が始まるときの動物の脳波は睡眠と似ており、冬眠は睡眠の延長線上にあるものと考えられています。上でも述べたとおり、その睡眠のパターンには、ずっと寝ているか、リスのように中途覚醒するという二つがありますが、いずれも眠りは深いようです。
このように熟睡しているときに、大地震や大寒波がやってきたらどうなるのでしょう。いくつかの研究では、冬眠中でも大きな音で起きたり、命の危険を感じるほど寒くなると起き出す例がみられたということです。眠りこけて無意識に見えても、音や外の気温を感じるしくみはちゃんと残されているようです。
ただし、多くの冬眠動物が目覚めてから動けるようになるまで、最低でも1時間くらいはかかります。なので、本当に危険な状態に陥ったときには命を落とすこともあります。体温はいきなりは戻りませんから、すぐには動けません。まず脂肪をたくさん燃やして、その熱で体温を上げていく必要があるわけです。
筋肉が動くまで体温が上がったら、体をブルブルと震ふるわせてさらに熱を上げて覚醒していき、そこでようやく動くという行動に移れます。これは我々人間が寒いときに体をゆすって体を温める行為と似ています。
動物園にいる動物も冬眠するそうです。上野動物園でもツキノワグマなどを冬眠させています。冬のクマはいつもぼーっとしていてとしてやる気がなく、あるとき飼育員がもしかしたら冬眠したがっているのではないかと思い、静かな部屋に移動させたところ、冬眠するようになったということです。ちなみにパンダは主食の笹が冬でも取れるので、冬眠しません。
家で飼っているハムスターなどのペットも冬眠してしまう可能性があります。外出中に暖房が切れていたり、寒い刺激が続くと冬眠してしまうことがあるといいます。ハムスターの場合、飼育環境に応じて冬眠するらしく、部屋の環境さえ整えれば夏でも冬眠させることができるそうです。ただ、冬眠させることができるのは年1回だけです。
とはいえ、むりやり冬眠させると失敗して死んでしまうケースもあるため注意が必要です。体温が下がって心拍数が下がるところまではいいのですが、問題はふたたび体温を上げていくときです。心臓がうまく動き出さず、止まって死んでしまうことがあります。ですから、ハムスターの場合には冬の間でも1日中部屋を暖かくして眠らせないようにするのが無難です。
一方、同じペットでもリスは冬眠させたほうがいいそうです。クマやリスは1年周期で冬眠するよう体がプログラムされており、そのリズムに従ったほうが体にはいいといいます。
こうした野生動物の中には時に冬眠に失敗するものがいるそうです。それでも、冬でエサがない時期に野外をうろついて行き倒れたり、天敵に食べられたりするリスクに比べると安全といえます。彼らにとって冬眠はその環境で生き残るために必要な行為なのです。
かく言う冬眠のメカニズムにはまだまだナゾが多いようです。しかしそれを解明できれば、人間も冬眠できるようになる可能性があります。
実際、極低温状態での生存例が報告されており、日本では2006年に遭難した神戸市の男性の例があります。10月に六甲山で崖から墜落し骨折のため歩行不能となりましたが、23日も経ったあとに仮死状態で発見されて救助されました。
遭難から2日後には意識を失い、発見されるまでの間、食べ物だけでなく水すら飲んでいなかったといい、発見時には体温が約22℃という極度の低体温症でほとんどの臓器が機能停止状態でした。しかし後遺症を残さずに回復し、治療した医師は「いわゆる冬眠に近い状態だったのではないか」と話しています。
また海外でも2012年の冬、スウェーデン北部の林道で、前年の12月から約2カ月間、雪に埋もれたままだった男性が救出されました。この45歳の男性は食料もなく車中にいたところを通行人に発見されました。こちらも31度前後の低体温の冬眠状態になったため、体力を消耗せず生存できたのではないかとされています。
このように、何等かの条件がそろえば人間も冬眠に似た状態になることができるのではないかと研究が進められています。冬眠動物は眠っている間に何等かの方法で体の代謝を抑制し、老化を遅らせて寿命を延ばしているといわれており、それと同じことをができれば、人間も寿命が延びるというわけです。
SF小説には「コールドスリープ」といったものが出てきますが、これは目的地に着くまで人体を低温状態に保つ技術です。もしくは冷凍保存に近い状態にして時間経過による搭乗員の老化を防ぎます。
実現すれば、数十年以上もの長期間に及ぶ宇宙旅行の際にそれに必要不可欠な食料や酸素、健康維持のための生活空間など、生活に要するものを少なく抑えることができます。その結果、宇宙船の質量を減らすこともでき、その分だけ燃料を減らすことができるほか、備蓄スペースを別のことに利用できます。
ただ、現状ではまだ長期間生命を保ったまま人間を眠らせる技術は確立していません。とくに冷凍保存では解凍のときに細胞を破壊してしまうことが問題になっています。SFでは「停滞フィールド」と呼ばれる時間を停滞させる技術がよく登場しますが、無論現時点では実現不可能な技術です。
とはいえ、冬眠への期待は大きく、とくに「臓器移植」に生かすことができるのではないかと多くの研究者がその実現を目指しています。例えば心臓移植の場合、移植するまでの時間が長ければ長いほど手術が成功する可能性が高くなります。
心臓移植では、脳死した人の心臓を移植しますが、現状では取り出して4時間以内に移植しないと心臓がダメになってしまいます。冷やす時間が長引くほど状態が悪くなり、移植には不利になります。
これまでの冬眠動物の研究からはこうした臓器が低体温下で傷まないことがわかっており、その原理が解明されヒトへの応用が進めば、臓器保存の時間がさらに伸ばせるかもしれないのです。それによって移植手術を待つ多くの人の命が救われる可能性があります。
このほか、冬眠中に筋肉が落ちないしくみや、脂肪を効率的に燃やせるしくみを応用できれば、寝たきりの人の筋肉の衰えを防いだり、生活習慣病の原因にもなる「肥満」の予防や改善もできるかもしれません。
さらに体温が低いと普通は血液がドロドロになりますが、冬眠中の動物は血液がサラサラで、「動脈硬化」や「血栓」が起きないこともわかっています。冬眠技術の応用によってその予防薬を作れる可能性があります。冬眠のしくみを生かしてこうした可能性がどんどんと広がっていけば長生きする人が増え、人生100年時代も夢ではなくなるでしょう。
ところで、冬が近づく今日この頃、なんとなく鬱々として気分が晴れない、落ち込むような感覚になるといったことはないでしょうか。
これは「冬季うつ」と呼ばれており、人類がその昔冬眠していたころの名残ではないかと言われています。その予防や改善にも、冬眠のメカニズムの解明が道を開くのではないかといわれています。
この冬季うつになる人は意外に多いようです。決して気のせいなどではなく、ひどくなると季節性感情障害（SAD）という病気として治療の対象になる場合もあります。季節の変わり目、特に日照時間が短くなる秋や冬に多く見られることから「季節性うつ」「冬季うつ」「ウインター・ブルー」など様々な呼ばれ方があります。
地域によって症状やその特徴が違ってくるようですが、多くの場合、日照時間が短くなる10月～11月に発症し、日照時間が長くなる3月頃に回復するようで、これを毎年繰り返します。その症状の多くは一般的には「うつ」と呼ばれる「抑うつ症状」や「双極性障害」に似ていますが、これとは別の特徴的な症状もあります。具体的には以下のようなものです。
・気分が落ち込む
・疲れやすい
・体を動かしたり、何かを始めるのがおっくう
・集中力が続かない
・いままで楽しめていたことが楽しく感じられない
・以前は普通にできていたことがうまくできない
・食欲がない
なにやらコロナに罹った人の後遺症のようでもありますが、これが冬季うつの症状です。
逆に過食になる、と言う人もおり、何よりも過眠になる、という人が最も多いようです。冬季うつになると、朝起きられず寝てばかりになり、やる気も落ちてしまいます。冬眠中の動物にも同じような症状がみられることから、その昔人間も冬眠をしていたのではないかといわれているわけです。
人によっては深刻な症状になる場合もあるようですが、いくつかの点に気を付けていれば、うつ状態から脱することができそうです。
その一つは、まず「なるべく日光に当たる」ということです。日光浴するのが一番で、そのついでに運動するのが推奨されています。生活環境や職場の電気を煌煌と点けて明るくする、というのも効果があるようです。
日光を浴びると体内ではセロトニンという物質が分泌されます。季節性うつ病の原因のひとつは、日照時間の短縮による日光浴時間の減少によってこのセロトニンが減ることです。「幸せホルモン」などと呼ばれており、人の多幸感にも大きく関与しています。
また、セロトニンは睡眠ホルモンであるメラトニンの原料です。これは睡眠・覚醒や季節感といった「概日リズム」に関与しているホルモンで、不足することで様々な変調を引き起こします。不足させないように日光に当たる時間を増やすことで抗うつの効果があります。
二つ目は、「栄養バランスの良い食事をする」ということです。先述のセロトニンは、日を浴びることによるだけでなく、体の中で作り出すこともできます。その材料になるのはアミノ酸の一つの「トリプトファン」という物質で、これを多く含んでいて効率よく摂取できる食品は肉や魚です。いわゆるタンパク質を多く含んだ食物で、これをたくさん摂りましょう。
また、こうしたアミノ酸の効率的な吸収や利用にはビタミンやミネラルも欠かせません。そのためには緑黄色野菜やフルーツなどの摂取も重要です。冬には入手しにくいこうした食材をたくさん食べることでアミノ酸の摂取が促進されます。
なお、季節性うつ病になるととかく食欲がなくなりがちですが、逆にごはんやラーメンなどの麺類が食べたくなって過食に陥ることがあります。こうした炭水化物ばかり食べていると栄養バランスが崩れて悪循環に陥ってしまいます。肉や魚だけでなく、緑黄色野菜やフルーツも摂り、淡水化物は控えめにするなど、バランスの良い食事を心がけることが大事です。
対策として3つ目に挙げたいのは、「安定した睡眠」ということです。季節性うつ病の発生には「体内時計」の乱れも深く関係しているといわれています。
日照時間が短くなる冬には、言ってみれば「時差ぼけ」のような状態になります。このため「概日リズム」が保てなくなりますが、日光を浴びることでこれが解消できることは上でも述べました。ここではさらにその応用として、それをできるだけ決まった時間に行うようにして、体内時計を乱さないようにします。
そのためには、おおよその就寝時間・起床時間を決めて、リズムのよい日々を送るように心がけましょう。せっかく日光を浴びて食事に気をつけ、セロトニンやメラトニンが不足しないようにしても不規則な生活をしていては何もかもが狂ってしまいます。朝はできるだけ早く起きて日を浴びる、夜更かしせずに十分な睡眠時間を確保することが大切です。
多くの動物と同じく、人間も夏は元気で、冬はテンションが下がりがちです。その予防のため我々も昔は冬眠していたに違いありません。実際、ロシアなど北の寒い地域ではかつて、冬になると食べる量を減らし、ほとんどの時間を寝て過すごしていたそうです。冬眠に似たような状態で冬を越すほうが生きのびるのに有利だったのでしょう。
ですから、四番目の対策として、いっそのこと冬眠してみる、というのもいいかもしれません。ただ、来年の春になっても起きてこなかった、なんてこともあるかもしれません。一方、この人生やることはやった、あとやっていないのは冬眠だけだ、という人は、終活として試みるのもいいでしょう。それはそれでまた人とは違った人生になるに違いありません。
目覚めたらあの世にいた… ちょっと試してみたい気がしないでもありません。
