草しか食べないのに、なぜ草食動物はムキムキ？牛・馬・ゴリラのタンパク質事情

牛、馬、ゴリラ。どれも「肉を食べて筋肉をつけている動物」というイメージではありません。それなのに体を見ると、牛は大きな筋肉を持ち、馬は全身が筋肉の塊のようで、シルバーバックのゴリラにいたっては肩から腕までかなり迫力があります。

では、筋肉の材料であるタンパク質はどこから来るのでしょうか。

先に答えると、筋肉を作るために肉を食べる必要はありません。植物にもタンパク質は含まれており、動物はそれを消化してアミノ酸として利用できます。さらに牛のような反芻動物では、消化管の微生物が窒素を使って「微生物タンパク質」を作り、それも重要なアミノ酸源になります。

ただ、調べてみると「草食動物は腸内細菌がタンパク質を作るからムキムキ」という一言ではかなり足りません。牛と馬では発酵する場所が違い、タンパク質の取り方も違います。ゴリラはまた別で、そもそも葉そのものから意外なほど多くのタンパク質を取ることがあります。

「草食動物」という一つの言葉でまとめると同じ仕組みに見えますが、中身はかなり違っていました。

草しか食べないのに、筋肉の材料はどこから来る？

まず整理しておきたいのは、タンパク質は肉だけに入っている栄養素ではないということです。

植物の細胞にも当然タンパク質があり、葉、豆、種子、穀物などにはそれぞれ違う量・組成のタンパク質が含まれています。動物が必要としているのは「牛肉」や「鶏肉」という食材そのものではなく、それらのタンパク質を分解して得られるアミノ酸です。植物由来でも、必要なアミノ酸を十分に確保できれば筋肉の材料になります。

ここは人間の感覚だと少し引っかかりやすいところです。草を見ると「食物繊維」という印象が先に立つので、タンパク質源には見えにくいでしょう。でも、動物にとって大事なのは見た目ではなく、消化したあとに何を吸収できるかです。

もう一つ大事なのは、筋肉の大きさが「タンパク質を何グラム食べたか」だけで決まるわけではないことです。骨格筋は、アミノ酸などの栄養、成長に関わるシグナル、日常的に受ける機械的な負荷など、いくつもの要因によって維持・発達します。筋肥大の研究でも、機械的負荷による筋タンパク質合成の変化やmTORC1など複数の仕組みが関係することが整理されています。

草食動物が大きな筋肉を持てる理由は、二段階に分けると分かりやすくなります。まず、肉を食べなくても筋肉の材料となるアミノ酸を確保できること。 そのうえで、どのくらいの筋肉を持つかは、種ごとの体格、成長、活動、筋肉への負荷など別の条件にも左右されます。

しかも、そのアミノ酸の確保方法は動物によってかなり違います。

牛は「草＋ルーメン微生物」でアミノ酸を作り直す

草食動物のタンパク質事情で、最も「そんなことができるのか」と思わせるのが牛です。

牛には、食道と本来の胃の間に大きな発酵槽のような働きをする**ルーメン（第一胃）**があります。ここには大量の細菌、古細菌、原生生物、真菌などの微生物が暮らしており、牛だけでは分解しにくい植物成分を発酵させています。

タンパク質の扱いでも、この微生物がかなり重要です。牛が食べた飼料中のタンパク質の一部はルーメン内で分解され、ペプチド、アミノ酸、アンモニアなどになります。さらに牛では、尿素として体内を回っていた窒素の一部が消化管へ戻され、微生物に利用されることもあります。微生物はこうした窒素源と、炭水化物を発酵して得られるエネルギーを使って増殖し、自分たちの体を作ります。

そして微生物の体そのものが、牛にとっては微生物タンパク質という栄養源になります。

少し不思議ですが、牛はルーメンの微生物と共生して植物を分解してもらい、その微生物が消化管の先へ流れていくと、今度は第四胃や小腸で消化してアミノ酸を吸収します。

乳牛のアミノ酸供給を整理したH. Lapierreらのレビューでは、小腸の入り口に届くアミノ酸源として、ルーメンで分解されずに通過した飼料タンパク質、微生物タンパク質、内因性の分泌物などが挙げられています。原論文の書誌と要旨はこちら。

近年のレビューでも、ルーメンで分解されるタンパク質は微生物の成長と微生物タンパク質合成に使われ、そこから供給されるアミノ酸が反芻動物の重要な栄養源になることが確認されています。

ただし、ここを「牛は草の繊維をそのままタンパク質に変える」と説明すると少し違います。

微生物がタンパク質を作るには窒素源が必要で、さらに微生物が増えるためのエネルギーも必要です。飼料中のタンパク質やアンモニア、尿素由来の窒素などを材料にしながら、ルーメン内で複雑な窒素の再利用が起きています。反芻動物で尿素窒素が消化管へ再循環し、微生物タンパク質合成へ回る仕組みは、窒素利用の研究でも重要なテーマです。ReynoldsとKristensenのレビューでも、この再循環が反芻動物の窒素経済に関わることが論じられています。

さらに、牛が小腸で利用するタンパク質が全部微生物由来というわけでもありません。ルーメンで分解されずに通過するルーメン非分解性タンパク質もあり、これは消化管の先で消化されてアミノ酸源になります。

ですから牛について一番近い説明は、

「植物に含まれるタンパク質を利用するだけでなく、ルーメン微生物が飼料中や再循環した窒素を自分たちのタンパク質へ組み替え、その微生物まで牛が消化して利用する」

というものです。

これなら、見た目にはタンパク質の少なそうな粗い植物資源を食べながら、大きな体を維持できる理由がかなり見えてきます。

でも馬は同じではない——発酵の場所が後ろにある

牛の仕組みを知ると、今度は「じゃあ馬も腸内細菌がタンパク質を作って、それを食べているようなものなのか」と考えたくなります。

ところが馬は、消化管の設計がかなり違います。

牛は大きな発酵槽であるルーメンが小腸より前にあります。これに対して馬の胃は単胃で、主な微生物発酵は盲腸や結腸、つまり小腸より後ろで行われます。こうした動物は後腸発酵動物と呼ばれます。

この位置関係が、タンパク質利用では大きな差になります。馬も微生物の力を借りて植物繊維を発酵し、そのときにできる揮発性脂肪酸をエネルギーとして利用できます。しかし、微生物が活発に増える場所は小腸を通過したあとなので、そこでできた微生物タンパク質を、牛のように「この先の小腸で消化して大量のアミノ酸として吸収する」という流れにはなりません。

Merck Veterinary Manualの馬の栄養解説でも、大腸で微生物発酵によって生じる揮発性脂肪酸はエネルギーに使える一方、馬の大腸からのタンパク質吸収はほとんどない、あるいはないに等しいと整理されています。Merck Veterinary Manualの該当ページで確認できます。

だから馬では、牛以上に小腸へ到達するまでに消化・吸収できる食餌タンパク質の質が重要になります。

馬のアミノ酸要求をまとめたMokとUrschelのレビューでも、馬のタンパク質栄養では単純な粗タンパク質量だけでなく、消化率や必須アミノ酸の供給を考える必要があり、まだ研究不足の部分も多いことが指摘されています。レビューはこちらです。

1988年のGibbsらの研究では、ポニーに異なる乾草を与え、消化管のどの部分で窒素が消化されるかを調べています。結果は飼料によって前盲腸での消化割合が大きく変わり、アルファルファの質などによって窒素消化率にも差が出ました。研究の書誌と要旨を見ると、「草なら全部同じ」ではなく、どんな植物を食べるかも重要だと分かります。

牛は小腸より前に微生物発酵があり、その微生物をあとで消化できます。馬は発酵の大舞台が小腸より後ろにあるので、微生物発酵はエネルギー獲得には非常に重要でも、タンパク質利用の構造は牛と同じではありません。

どちらも草を大量に食べる動物なのに、体の中でやっていることはかなり違います。

ゴリラは「葉っぱ＝低タンパク」というイメージから外れる

そして、草食動物の筋肉の話でよく登場するのがゴリラです。

シルバーバックの体を見ると、「植物中心の食事で、あの腕や肩はどうなっているんだ」と思うのは自然です。まず修正しておきたいのは、ゴリラを「草だけを食べる完全な草食動物」と表現するのは正確ではない、という点です。

Smithsonian’s National Zooは、西ローランドゴリラについて、主に葉や茎、果実などを食べる**primarily herbivorous（主に植物食）**の動物と説明しています。その一方、葉や果実にいる無脊椎動物からも一部のタンパク質を得るとしています。Smithsonianの種解説で確認できます。

とはいえ、「少し虫を食べるからあの筋肉になる」という話ではありません。植物そのものから取るタンパク質が重要です。

2011年にJessica M. Rothman、David Raubenheimer、Colin A. Chapmanが発表した研究では、ウガンダのマウンテンゴリラが摂取する利用可能タンパク質と、タンパク質以外のエネルギーの関係が調べられました。

結果は、果実が多い時期と葉が多い時期でかなり違いました。ゴリラはタンパク質以外のエネルギー摂取を比較的一定に保つ一方、葉が食事の中心になる時期にはタンパク質摂取量が大きく増えていたのです。論文では、その時期には必要な非タンパク質エネルギーを得るために、結果としてタンパク質を多く食べる形になっていたと解釈されています。Rothmanらの原論文はPubMedとPMCから確認できます。

この結果を見ると、「葉っぱばかり食べているからタンパク質不足のはず」という人間側の直感は、少なくともこのマウンテンゴリラには当てはまりません。

ただし、この研究は特定地域のマウンテンゴリラを調べたものです。ゴリラは種や生息地、季節によって食べるものが違うので、「すべてのゴリラは一年中高タンパク食だ」とまでは言えません。また、この研究は筋肉量の原因を直接測った研究でもありません。

それでも、ゴリラの筋肉を見て「植物にはタンパク質がないはず」と考えるのは、出発点から違っていることが分かります。植物中心の食事でも、選ぶ植物と食べる量によって十分なタンパク質を確保できます。

「草を食べればムキムキ」ではない——筋肉量は材料以外でも決まる

ここまで読むと、逆に「じゃあ植物を大量に食べれば筋肉は大きくなるのか」と思えてきますが、もちろんそう単純でもありません。

筋肉を作るにはアミノ酸が必要です。しかし、材料があることと、その動物がどれだけ大きな筋肉を持つかは別の問題です。

骨格筋は、成長段階、遺伝的な体格、ホルモンや成長因子、日常的な活動、筋肉が受ける機械的負荷などの影響を受けます。2023年のPhysiological Reviewsに掲載された筋肥大のレビューでも、機械的な過負荷による筋肥大には筋タンパク質合成の上昇、mTORC1シグナル、リボソーム生合成、衛星細胞など複数の機序が関与すると整理されています。Robertsらのレビューです。

この研究は牛やゴリラの野生個体を比較したものではないので、「ゴリラの肩が大きいのはこの経路が何％働くから」といった話には使えません。ただ、筋肉量が食べたタンパク質量だけの一変数では決まらないことを理解する助けにはなります。

動物はそれぞれ、自分の体を支え、移動し、採食し、逃げたり争ったりするために筋肉を使っています。大型の動物なら、立って歩くだけでも大きな体を動かす筋肉が必要です。その体格は長い進化の中で形作られてきたもので、食事はその体を作り維持するための材料とエネルギーを供給します。

だから「草食なのに筋肉がある」という疑問は、少し言い換えると分かりやすくなります。

肉を食べなくても、必要なアミノ酸とエネルギーを確保できる消化システムがあり、その上で、その種に必要な体格と活動に合わせて筋肉が作られている。

草そのものが特別な筋肥大食品なのではなく、動物側の消化と代謝の仕組みが植物資源を使えるようにできているわけです。

同じ草食でも、タンパク質の取り方はかなり違う

牛、馬、ゴリラを並べてみると、共通点より違いの方が印象に残ります。

牛では、小腸より前にあるルーメンが大きな発酵槽として働き、微生物が飼料中や再循環した窒素を使って増殖します。その微生物タンパク質と、ルーメンを通過した飼料タンパク質が小腸で消化され、アミノ酸として利用されます。

馬も微生物発酵に強く依存しますが、発酵の中心は小腸より後ろの盲腸・結腸です。そのため、微生物発酵で得る揮発性脂肪酸は大きなエネルギー源になる一方、タンパク質については牛のように「微生物を先で消化して回収する」仕組みではなく、小腸までに利用できる食餌タンパク質の質がより重要になります。

ゴリラは、反芻動物の牛とも後腸発酵の馬とも違います。主に植物を食べますが、葉や茎、果実など食物そのものからタンパク質を取り、少なくとも一部のマウンテンゴリラでは葉中心の時期にかなり高いタンパク質摂取になることが確認されています。

この三つを見比べると、「草食動物はなぜムキムキなのか」に対して、全種共通の魔法の答えがあるわけではないと分かります。

共通しているのは、肉を食べないことと、タンパク質を取れないことはまったく同じではないという点です。

牛、馬、ゴリラを同じ「草食」でくくっていたときより、消化管の順番まで見たほうがずっと面白く感じました。発酵が小腸の前にあるか後ろにあるか、それだけでもタンパク質の使い方は変わります。次に草食動物の体を見るときは、筋肉そのものより「このお腹の中では、どんな順番で食べ物を使っているんだろう」と考えてしまいそうです。

参考文献・出典

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• Smithsonian’s National Zoo and Conservation Biology Institute. “Western lowland gorilla.” https://nationalzoo.si.edu/animals/western-lowland-gorilla