ウミスズメ科鳥類におけるクチバシ形態と餌運びコストの流体力学研究

• Project/Area Number: 19J01870
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 菊地 デイル万次郎 東京工業大学, 工学院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 海鳥 / バイオメカニクス / 流体力学 / 動物行動学 / 行動生態学 / クチバシ

Outline of Research at the Start

本研究ではウミスズメ科鳥類を対象とし、ウトウとパフィンの繁殖期に特有のクチバシの形態が餌運びコストの低減に貢献しているかを検証する。特に、予備解析で示唆された「ウトウのツノ状の突起はヒナに大量の小魚を運ぶさいの空気と水の抵抗およびエネルギー消費を低減する」という仮説を検証する。そのためにウトウ、パフィンおよび他の魚食性ウミスズメ類を比較しながら、流体力学の研究手法でクチバシの突起や魚が生む空気と水の抵抗や流れを計測する。操作実験により、ツノがエネルギー消費、行動に及ぼす影響および、餌運びによるエネルギー消費の増加を調べる。

Outline of Annual Research Achievements

ウミスズメ科ウトウが繁殖期にクチバシ上に備えるツノの機能を探る流体力学実験に取り組んだ。昨年度に進めた、ウトウの実験用模型と回流水槽を用いた流体力学実験を継続した。昨年度までの実験により、模型間で抵抗に差が生じることが明らかとなっていた。そこで本年度は抵抗に差が生じる原因を探るために流れの可視化実験に取り組んだ。その結果、ツノが存在する特定の条件下で、胴体近傍の流れの剥離を遅らせる効果を発見した。これらの成果を取りまとめて、国際誌への掲載を目指して学術論文の執筆に取りくんだ。
こうした力学的なアプローチによって、生物の進化や生態の理解を深めようとする分野は“進化バイオメカニクス”と呼ばれる。国内では認知度が低い分野であるため、進化バイオメカニクスの普及のために総説論文を発表した。
コロナ禍の影響で当初計画していた野外調査は中止せざるを得なかった。ただし、調査地近くに拠点を持つ共同研究者に協力してもらい、ウトウの行動データをいくらか取得することもできた。例えば、群れ飛行するウトウを撮影し、群れ飛行の戦略に関する分析ができた。その成果は学術論文としてまとめ、投稿間近である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Integration of biomechanics into ecology (2022)
  • Author(s): 菊地デイル万次郎
  • Journal Title: JAPANESE JOURNAL OF ECOLOGY Volume: 72 Issue: 1 Pages: 55
  • DOI: 10.18960/seitai.72.1_55
  • ISSN: 0021-5007, 2424-127X
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kinematics and hydrodynamics analyses of swimming penguins: wing bending improves propulsion performance (2021)
  • Author(s): Harada Natsuki, Oura Takuma, Maeda Masateru, Shen Yayi, Kikuchi Dale M., Tanaka Hiroto
  • Journal Title: Journal of Experimental Biology Volume: 224 Issue: 21 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1242/jeb.242140
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The relationship between plant-eating and hair evacuation in snow leopards (Panthera uncia) (2020)
  • Author(s): Yoshimura Hiroto、Qi Huiyuan、Kikuchi Dale M.、Matsui Yukiko、Fukushima Kazuya、Kudo Sai、Ban Kazuyuki、Kusano Keisuke、Nagano Daisuke、Hara Mami、Sato Yasuhiro、Takatsu Kiyoko、Hirata Satoshi、Kinoshita Kodzue
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 15 Issue: 7 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0236635
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Summer Diet and Habitat Use of Pallas's Squirrels in Urban Areas of Yokohama City (2020)
  • Author(s): 高畑 優, 菊地 デイル万次郎, 川又 弘太郎, 渡邊 里奈, 白井 厚太朗, 田中 健太郎, 伊藤 元裕
  • Journal Title: Wildlife and Human Society Volume: 8 Issue: 0 Pages: 47-57
  • DOI: 10.20798/awhswhs.8.0_47
  • NAID: 130007965796
  • ISSN: 2424-0877, 2424-2365
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Is water an important resource for the snow leopard (Panthera uncia) in periods when terrain is covered with snow? (2020)
  • Author(s): Dale M. Kikuchi, Kubanychbek Zhumabai Uulu, Koustubh Sharma, Takuya Soma & Kodzue Kinoshita
  • Journal Title: Arctic, Antarctic, and Alpine Research Volume: 52 Issue: 1 Pages: 105-108
  • DOI: 10.1080/15230430.2020.1736902
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ウミドリの飛行と遊泳の進化生物学と流体力学 (2021)
  • Author(s): 菊地デイル万次郎
  • Organizer: 日本動物学会 第92回オンライン米子大会
• [Presentation] 鳥類のクチバシに関する進化バイオメカニクス研究 (2020)
  • Author(s): 菊地デイル万次郎
  • Organizer: 日本進化学会 第22回オンライン大会