生物を「陸上に進出させた」最大の原因…じつは「すでに、肺があったから」という納得の理由
9/7(土) 6:09配信
現代ビジネス
陸から海へと戻った生物たち
私たちの大昔の祖先は魚類で、水中に棲んでいた。しかし、おそらくデボン紀後期(約3億8300万年~3億5900万年前)に陸上に進出したと考えられている。その理由を考える前に、少しだけ逆の例を考えてみよう。それは、陸上生活に適応した後で、ふたたび水中生活に戻った動物だ。
陸上から水中に戻った動物はたくさんいる。クジラやイルカがよく知られているが、海牛類のジュゴンやマナティーもそうだし、絶滅した動物でいえば、首長竜や魚竜なども陸上生活から水中生活に戻った爬虫類である。
ところが、これらの動物は、すべて肺を使って空気呼吸をしている。完全に水中で生活しているのに、どうして魚類のように鰓を使って呼吸しないのだろうか。
もしかしたら、生物には豊かな多様性があるからかもしれない。水中生活をしている動物には、鰓で呼吸するものもいれば、肺で呼吸するものもいる。それが多様性というものかもしれない。でも、それも変な話である。それなら、陸上生活をしている動物の中にも、肺で呼吸するものだけでなく、鰓で呼吸をするものがいてもよさそうだ。
洗面器の水に顔を浸ける「鰓呼吸人」
あなたが友人と話をしているとしよう。しばらくすると、その友人は、少し苦しそうな顔をし始めた。
「ちょっと洗面所を貸してくれるかい？ 息が苦しくなってきたからね」
そういうと、友人は洗面所に行って、洗面器に水を溜めると、おもむろに顔を水に浸した。1分ほどそうしてから、顔を上げてニッコリと笑った。
「あ~、苦しかった。でもこれで、しばらくは大丈夫だ。空気中に住んでいるのに、鰓呼吸しかできないっていうのも不便なものだね」
でも、おそらくあなたの友人の中に、こういう人はいないだろう。陸上生活をしていながら鰓で呼吸する動物はいないのだ。
その理由の一つは、水中より空気中の方が酸素が多いからである。そのため、鰓で呼吸するよりも、肺で呼吸する方が、大量の酸素を取り込むことができる。これが、水中生活をしながら肺呼吸をする動物はいるのに、陸上生活をしながら鰓呼吸をする動物はいないことのおもな理由と考えられる。
9/7(土) 6:09配信
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陸から海へと戻った生物たち
私たちの大昔の祖先は魚類で、水中に棲んでいた。しかし、おそらくデボン紀後期(約3億8300万年~3億5900万年前)に陸上に進出したと考えられている。その理由を考える前に、少しだけ逆の例を考えてみよう。それは、陸上生活に適応した後で、ふたたび水中生活に戻った動物だ。
陸上から水中に戻った動物はたくさんいる。クジラやイルカがよく知られているが、海牛類のジュゴンやマナティーもそうだし、絶滅した動物でいえば、首長竜や魚竜なども陸上生活から水中生活に戻った爬虫類である。
ところが、これらの動物は、すべて肺を使って空気呼吸をしている。完全に水中で生活しているのに、どうして魚類のように鰓を使って呼吸しないのだろうか。
もしかしたら、生物には豊かな多様性があるからかもしれない。水中生活をしている動物には、鰓で呼吸するものもいれば、肺で呼吸するものもいる。それが多様性というものかもしれない。でも、それも変な話である。それなら、陸上生活をしている動物の中にも、肺で呼吸するものだけでなく、鰓で呼吸をするものがいてもよさそうだ。
洗面器の水に顔を浸ける「鰓呼吸人」
あなたが友人と話をしているとしよう。しばらくすると、その友人は、少し苦しそうな顔をし始めた。
「ちょっと洗面所を貸してくれるかい？ 息が苦しくなってきたからね」
そういうと、友人は洗面所に行って、洗面器に水を溜めると、おもむろに顔を水に浸した。1分ほどそうしてから、顔を上げてニッコリと笑った。
「あ~、苦しかった。でもこれで、しばらくは大丈夫だ。空気中に住んでいるのに、鰓呼吸しかできないっていうのも不便なものだね」
でも、おそらくあなたの友人の中に、こういう人はいないだろう。陸上生活をしていながら鰓で呼吸する動物はいないのだ。
その理由の一つは、水中より空気中の方が酸素が多いからである。そのため、鰓で呼吸するよりも、肺で呼吸する方が、大量の酸素を取り込むことができる。これが、水中生活をしながら肺呼吸をする動物はいるのに、陸上生活をしながら鰓呼吸をする動物はいないことのおもな理由と考えられる。
我々の祖先はなぜ陸上へ進出したのか
ポリプテルス。ポリプテルス目以下、1科2属17種がアフリカに分布する淡水魚である photo by gettyimages
さらにいえば、水中に棲んでいる魚類の中にも、鰓呼吸に加えて肺呼吸をする魚がいる。キンギョやコイなどがその例である。
キンギョやコイは、水中の酸素が少ないときには、水面まで上がってきて口をパクパクさせて空気呼吸をすることが知られている。また、魚を空気中で飼う実験も行われている。それは、2014年にカナダのエミリー・スタンデン博士らが行った研究だ。
ポリプテルスという、比較的肺が発達している魚がいる。そのポリルテルスを、底に濡れた小石だけが敷き詰めてある、水を入れない水槽で飼育したのである。
濡らした小石の上で飼った理由は、体を乾燥させないためらしいが、ポリプテルスの体は完全に空気中に出ていたので、鰓は使わずに肺で呼吸していたことになる。そういう状態で何ヵ月も飼っているうちに、胸鰭を使ってうまく歩く(少なくとも頭部を持ち上げて歩く)ようになったという。
*関連記事:「魚には肺もある」その意外な進化の理由。なんと、空気中で8ヵ月生きた魚もいます
以上に述べたように、動物は、水中から陸上へは比較的進出しやすいと考えられる。少なくとも、呼吸に関しては、鰓呼吸より肺呼吸の方が有利なのである。
とはいえ、これだけでは、私たちの祖先が水中から陸上へ進出した理由としては不十分だろう。水中から陸上へ進出するときには、呼吸というアドバンテージがあることを頭の隅に起きながら、私たちの祖先がなぜ上陸したかを考えていくことにしよう。
上陸は、水中に居続けるため
干潟をヒレを使って移動するムツゴロウ photo by gettyimages
古くからある有名な説に、動物は水中に居続けるために仕方なく上陸した、というものがある。デボン紀の地球の一部には季節があり、季節によっては水溜まりが干上がることもあった。
そういうときに、陸上を何とか歩けるものは、新たな水溜まりを見つけるために、水溜まりを出て陸に上がったというのである。
もしも水溜まりの中にいた動物が、タイやマグロのような魚だったら、この説はナンセンスに思える。いくら頑張ったところで、タイやマグロが陸上を歩くことは不可能だからだ。しかし、魚の中には、シーラカンスのように、体から直接ヒレが出ているのではなく、体から短い肢のようなものが出て、その先にヒレが付いている魚もいる。
さきほど、空気中で飼育された話をしたポリプテルスもそうである。こういう魚の中には、陸上を歩いて移動することができるものもいるかもしれない。
とはいえ、現在では、この説は人気がない。現生の動物を見るかぎり、干上がりつつある水溜まりにいる動物は、その水溜まりに居続ける傾向があり、新天地を求めて水溜まりを出ることはないからだ。また、ヒレから肢への進化は水中で起きたことが今では分かっており、陸上を歩くために肢が進化した可能性は低い。肢は水底を歩いたり、浅瀬で水面から頭を出したりするときに使われたようだ。
ポリプテルス。ポリプテルス目以下、1科2属17種がアフリカに分布する淡水魚である photo by gettyimages
さらにいえば、水中に棲んでいる魚類の中にも、鰓呼吸に加えて肺呼吸をする魚がいる。キンギョやコイなどがその例である。
キンギョやコイは、水中の酸素が少ないときには、水面まで上がってきて口をパクパクさせて空気呼吸をすることが知られている。また、魚を空気中で飼う実験も行われている。それは、2014年にカナダのエミリー・スタンデン博士らが行った研究だ。
ポリプテルスという、比較的肺が発達している魚がいる。そのポリルテルスを、底に濡れた小石だけが敷き詰めてある、水を入れない水槽で飼育したのである。
濡らした小石の上で飼った理由は、体を乾燥させないためらしいが、ポリプテルスの体は完全に空気中に出ていたので、鰓は使わずに肺で呼吸していたことになる。そういう状態で何ヵ月も飼っているうちに、胸鰭を使ってうまく歩く(少なくとも頭部を持ち上げて歩く)ようになったという。
*関連記事:「魚には肺もある」その意外な進化の理由。なんと、空気中で8ヵ月生きた魚もいます
以上に述べたように、動物は、水中から陸上へは比較的進出しやすいと考えられる。少なくとも、呼吸に関しては、鰓呼吸より肺呼吸の方が有利なのである。
とはいえ、これだけでは、私たちの祖先が水中から陸上へ進出した理由としては不十分だろう。水中から陸上へ進出するときには、呼吸というアドバンテージがあることを頭の隅に起きながら、私たちの祖先がなぜ上陸したかを考えていくことにしよう。
上陸は、水中に居続けるため
干潟をヒレを使って移動するムツゴロウ photo by gettyimages
古くからある有名な説に、動物は水中に居続けるために仕方なく上陸した、というものがある。デボン紀の地球の一部には季節があり、季節によっては水溜まりが干上がることもあった。
そういうときに、陸上を何とか歩けるものは、新たな水溜まりを見つけるために、水溜まりを出て陸に上がったというのである。
もしも水溜まりの中にいた動物が、タイやマグロのような魚だったら、この説はナンセンスに思える。いくら頑張ったところで、タイやマグロが陸上を歩くことは不可能だからだ。しかし、魚の中には、シーラカンスのように、体から直接ヒレが出ているのではなく、体から短い肢のようなものが出て、その先にヒレが付いている魚もいる。
さきほど、空気中で飼育された話をしたポリプテルスもそうである。こういう魚の中には、陸上を歩いて移動することができるものもいるかもしれない。
とはいえ、現在では、この説は人気がない。現生の動物を見るかぎり、干上がりつつある水溜まりにいる動物は、その水溜まりに居続ける傾向があり、新天地を求めて水溜まりを出ることはないからだ。また、ヒレから肢への進化は水中で起きたことが今では分かっており、陸上を歩くために肢が進化した可能性は低い。肢は水底を歩いたり、浅瀬で水面から頭を出したりするときに使われたようだ。
食料を求めて上陸した？
デボン紀は、植物が陸上に広がっていった時代だった photo by gettyimages
デボン紀は、植物が陸上に広がっていった時代である。初めて森林と呼べるようなものが現れ、陸上の景観には緑色が増えていった。そして、植物を追いかけるように、私たちの祖先よりも一足早く陸上に進出した小動物も、分布を広げていった。
植物の化石とともにクモやダニや昆虫の祖先の化石が見つかるし、植物が繁茂していた湿地にはヤスデやカタツムリの祖先などが棲んでいたのである。
おそらく私たちの祖先は、植物を食料とはしていなかったが、小動物は食料としてたいへん魅力があっただろう。そういう食料を求めて、浅瀬から岸部に進出し、短時間なら陸に上がることもあったのではないだろうか。
そして、岸部から離れれば離れるほど多くの食料が手に入ったのであれば、陸上生活に適応するように進化が進んでいったとしても不思議はない。上陸した理由の一つが食料の確保であった可能性は高いと考えられる。
子どもを残すために上陸した？
現在のヒキガエルなども、捕食者の少ない小さな池や溝などに卵を産むことが多いようだ photo by gettyimages
上陸する前の私たちの祖先は、魚類や両生類だった。それらの卵や子どもは非常に弱く、大人になる前にほとんどが食べられたりして、死んでしまっただろう。そのため、卵や子どもの生存率を上げるような変化は、自然淘汰によって強力に選択されて、進化したと考えられる。
孤立した水溜まりは、そのような自然淘汰が働く条件を備えている。卵や子どもを食べる捕食者は、たいてい海や川にいて体が大きい。そういう捕食者が浅瀬に来ることは少ないだろうし、海や川から隔離された水溜まりには、まず来ることができない。
そのため、たとえ1メートルぐらいの短距離であっても、海や川から離れたところにある水溜まりに卵を産めば、子どもの生存率は高くなったに違いない。現在のヒキガエルなども、コイなどのいる大きな池にはあまり卵を産まず、小さな池や溝などに卵を産むことが多いようだ。
ただし、食料を求めて上陸したとか、子どもを残すために上陸したという説は、やや反則気味ではある。
なぜなら、食料があれば生存に有利になるのは当然だし、子どもが残せれば繁殖に有利になるのも当然だからだ。自然淘汰は、生存や繁殖に有利になるように生物を進化させるので、何らかの進化が起きたときに、その理由として「生存に有利になるから」とか「繁殖に有利になるから」といっておけば、たいてい正解になるのである。
デボン紀は、植物が陸上に広がっていった時代だった photo by gettyimages
デボン紀は、植物が陸上に広がっていった時代である。初めて森林と呼べるようなものが現れ、陸上の景観には緑色が増えていった。そして、植物を追いかけるように、私たちの祖先よりも一足早く陸上に進出した小動物も、分布を広げていった。
植物の化石とともにクモやダニや昆虫の祖先の化石が見つかるし、植物が繁茂していた湿地にはヤスデやカタツムリの祖先などが棲んでいたのである。
おそらく私たちの祖先は、植物を食料とはしていなかったが、小動物は食料としてたいへん魅力があっただろう。そういう食料を求めて、浅瀬から岸部に進出し、短時間なら陸に上がることもあったのではないだろうか。
そして、岸部から離れれば離れるほど多くの食料が手に入ったのであれば、陸上生活に適応するように進化が進んでいったとしても不思議はない。上陸した理由の一つが食料の確保であった可能性は高いと考えられる。
子どもを残すために上陸した？
現在のヒキガエルなども、捕食者の少ない小さな池や溝などに卵を産むことが多いようだ photo by gettyimages
上陸する前の私たちの祖先は、魚類や両生類だった。それらの卵や子どもは非常に弱く、大人になる前にほとんどが食べられたりして、死んでしまっただろう。そのため、卵や子どもの生存率を上げるような変化は、自然淘汰によって強力に選択されて、進化したと考えられる。
孤立した水溜まりは、そのような自然淘汰が働く条件を備えている。卵や子どもを食べる捕食者は、たいてい海や川にいて体が大きい。そういう捕食者が浅瀬に来ることは少ないだろうし、海や川から隔離された水溜まりには、まず来ることができない。
そのため、たとえ1メートルぐらいの短距離であっても、海や川から離れたところにある水溜まりに卵を産めば、子どもの生存率は高くなったに違いない。現在のヒキガエルなども、コイなどのいる大きな池にはあまり卵を産まず、小さな池や溝などに卵を産むことが多いようだ。
ただし、食料を求めて上陸したとか、子どもを残すために上陸したという説は、やや反則気味ではある。
なぜなら、食料があれば生存に有利になるのは当然だし、子どもが残せれば繁殖に有利になるのも当然だからだ。自然淘汰は、生存や繁殖に有利になるように生物を進化させるので、何らかの進化が起きたときに、その理由として「生存に有利になるから」とか「繁殖に有利になるから」といっておけば、たいてい正解になるのである。
消化効率を上げるために上陸した？
いわゆる「ひなったぼっこ」をするカメ。両生類や爬虫類では、食事の後に日光浴をするということが多いという説がある photo by gettyimages
少し変わった説としては、消化を助けるために上陸したというものがある。現在の両生類や爬虫類の多くは、食事の後に日光浴をするらしい。それは体温を上げて消化を進ませるためだと解釈されている。
また、一部の魚も、食物を消化しているときに、水面から背中を出して日光浴をするという。ちなみに、蚊の中には魚から吸血する種がいるが、そういう蚊は魚が水面から背中を出しているあいだに吸血することが知られている。
陸上に進出したころの私たちの祖先は変温動物だったと考えられるので、陸上で日光浴をすれば消化を助ける効果はあっただろう。そういう意味では、この説は正しいかもしれない。
とはいえ、さすがに消化のためだけに上陸したとは考えにくい。上陸したおもな理由は他にあるのだが、いったん上陸してみると消化を助ける効果もあったということではないだろうか。つまり、消化効率が上がったとしても、それは上陸に伴う付随的な効果だった可能性が高いということだ。
私たちの祖先が上陸した理由は、たぶん一つではないのだろう。いくつかの理由が複合的に作用した結果なのだろうが、その最大のものが、すでに水中にいる段階で肺が進化していたことなのは間違いないと考えられる。進化の道筋は、私たちの直感とはしばしば食い違うようである。
更科 功(分子古生物学者)
いわゆる「ひなったぼっこ」をするカメ。両生類や爬虫類では、食事の後に日光浴をするということが多いという説がある photo by gettyimages
少し変わった説としては、消化を助けるために上陸したというものがある。現在の両生類や爬虫類の多くは、食事の後に日光浴をするらしい。それは体温を上げて消化を進ませるためだと解釈されている。
また、一部の魚も、食物を消化しているときに、水面から背中を出して日光浴をするという。ちなみに、蚊の中には魚から吸血する種がいるが、そういう蚊は魚が水面から背中を出しているあいだに吸血することが知られている。
陸上に進出したころの私たちの祖先は変温動物だったと考えられるので、陸上で日光浴をすれば消化を助ける効果はあっただろう。そういう意味では、この説は正しいかもしれない。
とはいえ、さすがに消化のためだけに上陸したとは考えにくい。上陸したおもな理由は他にあるのだが、いったん上陸してみると消化を助ける効果もあったということではないだろうか。つまり、消化効率が上がったとしても、それは上陸に伴う付随的な効果だった可能性が高いということだ。
私たちの祖先が上陸した理由は、たぶん一つではないのだろう。いくつかの理由が複合的に作用した結果なのだろうが、その最大のものが、すでに水中にいる段階で肺が進化していたことなのは間違いないと考えられる。進化の道筋は、私たちの直感とはしばしば食い違うようである。
更科 功(分子古生物学者)
