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2019年9月8日

2019年09月08日

水中酸欠から肺を発達させた両生類

3.6億年前 生物の大量絶滅←寒冷化と海洋無酸素事変

同時期の両生類の登場は、この水中酸素不足を契機としているとみた方が妥当である。

淡水域は水量の変動が大きく、特に乾期には大量の葉の分解で深刻な水中の酸素不足に見舞われた。
・この水中酸素不足=酸欠状態が契機となり、人類に連なる祖先の魚類(ユーステノプテロン)は、肺を進化させていった。
・約3億6000万年前、肺を進化させた最初の両生類(ペデルペス)が出現、水辺で陸上生活をはじめる。酸欠という劣悪な環境の中で数百万年の時をかけて肺を進化させた一群が、ようやく陸上へ逃げ延びることが出来たというのが実態であろう。

※肺の起源と進化
・肺の起源は「消化管(腸)から飛び出した袋」のようなものであり、魚類の呼吸器官である「えら」から漸進的に進化したものではなく、消化器官の一部をむりやり呼吸器官に改造したものであった。

・その原型はドジョウにも見ることができる。ドジョウは水面から顔を出して空気を吸いこみ、「腸」で酸素を吸収することができ、そのため水中が酸素不足になっても腸呼吸で生きながらえることができる。たまにお尻から出す空気泡もドジョウの腸呼吸の証。

・魚類における原始の肺は、ハイギョに見ることができる。ハイギョはえら呼吸をする魚類だが肺呼吸も出来る。乾期には泥の中で夏眠するが、これは、季節によって水の流れがなくなり水中の酸素が突然減ったりするような劣悪な環境に棲んでいた淡水魚が空気から酸素を吸収するように適応した形態と見られる。

・両生類は、幼生期はえら呼吸、成体は肺呼吸を基本としているが、肺だけでは全呼吸をまかなえず、皮膚呼吸にも依存している(カエルは全呼吸の1/2~1/3が皮膚呼吸)。両生類の肺は、基本的に魚類と同じ単純な袋状。

・は虫類になると、ほぼ肺に依存した呼吸が可能な構造に複雑化して、内壁は海綿状にまで発達している。

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2019年09月08日

逆境進化説(弱者進化論)2~大きくてのろまだったから陸に上がらざるを得なかった両生類

『THE21 ONLINE』「敗者こそが生命史をつむいできた」の要約。出典は稲垣栄洋『敗者の生命史38億年』PHP研究所

【1】両生類は大きくてのろまだったから、陸に上がらざるを得なかった
両生類の祖先とされるのは、大型の魚類である。より弱い小型の魚類は、敏捷性を発達させ、高い泳力を獲得していったが、大型の魚類であった両生類の祖先は、敏捷性が劣るため、泳力に優れた新しい魚たちに棲みかを奪われたと考えられている。そして、浅瀬へ追いやられていった。

大型の魚類は浅瀬を泳ぐことはできないが、大きな体で力強くヒレを動かすことはできる。水底を歩いて進むように、ヒレが足のように進化していったと考えられている。そして、浅瀬から次第に陸の上へと活路を見出していく。もちろん、いきなり上陸して陸上生活を始めたわけではない。普段は水中で暮らしているが、水位が低くなると水辺を移動したり、水中にエサがないときには水辺でエサを探し、敵に襲われたときには安全な陸上へと逃げた。
こうして、陸上という環境を少しずつ利用しながら、次第に水中と陸上を行き来できる両生類へと進化していった。

4億年前から現在まで生き残っているハイギョは、エラ呼吸ではなく肺呼吸もするため、水がない所でも生きてゆくことができる。ハイギョのような魚が両生類へと進化したと考えられる。

【2】最弱トーナメントの敗者が哺乳類や人類の先祖だった

陸上進出した魚の祖先は、海での生存競争に敗れ、汽水域へと進出した魚たちだった。そこで硬骨魚類へと進化した魚たちの中で、より弱いものは川へ逃げた。その中でもさらに弱い魚たちは川の上流へと追いやられた。川を棲みかとした魚たちの中で、小さな魚は俊敏な泳力を身につけた。一方、早く泳ぐことのできない、のろまな大型の魚類は水のない浅瀬へと追いやられた。

最弱を決定するトーナメント戦に負け続け、もっとも追いやられた魚が上陸を果たし、両生類へ進化し、爬虫類や恐竜、鳥類、哺乳類の祖先となる。

38億年に及ぶとされる悠久の生命の歴史の中では、最終的に生き残ったのは常に敗者の方であった。そして、その敗者たちによって、生命の歴史が作られてきたのである。じつに不思議なことに滅び去っていったのは強者である勝者たちだったのだ。私たちは、その進化の先にある末裔である。言わば敗者の中の敗者なのである。

【3】進化は逆境からしか生まれない?
弱い魚を汽水域へと追いやり、広い海を支配したのは、サメの仲間であった。現在、サメは、古い時代の魚類の特徴を今に残す「生きた化石」とされている。

サメは硬骨魚類のような鱗がない。サメ肌と言われるような固い皮で覆われているだけ。そして、ミネラルを蓄積するような高度な仕組みの骨がない。サメやエイの仲間は軟骨魚類と呼ばれている。
それに対して、汽水域で進化した魚が硬骨魚類である。進化した硬骨魚類は、多種多様に進化を遂げ、川や湖、海とあらゆるところへと分布を広げてゆき、現在では、サメやエイを除く魚類は、ほとんどが硬骨魚類である。
一方、無敵のサメは自らを変える必要がないので、現在でもその古い型を維持している。進化しなければダメなわけではない。サメもまた、現在でも成功している魚類である。変化する必要がなければ変化しなくてもよいのである。それがサメをはじめとする「生きた化石」である。
しかし、逆境に追い込まれることが、新たな進化を生みだすことは間違いない。

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2019年09月08日

逆境進化説(弱者進化論)1~河口→川へと追いやられた硬骨魚

生物史では強者が先に滅び、敗者の方が生き残ってきた。その象徴が地上への進出である。最初に上陸した脊椎動物は原始両生類である。
以下、 『THE21 ONLINE』「敗者こそが生命史をつむいできた」の要約。出典は稲垣栄洋『敗者の生命史38億年』PHP研究所

【1】巨大オウムガイと6メートルの甲冑魚が支配する世界

古生代、海を支配していたのは、巨大なオウムガイであった。魚たちは、オウムガイの餌食になっていた。また魚の中にも、頭部や胸部を厚い骨の板で武装した甲冑魚と呼ばれる種類が出現した。彼らの最大の武器は「あご」である。それまでの魚は、現在のヤツメウナギのようにあごを持たない魚であり、甲冑魚は力強いあごで捕えた魚をかみ砕く。生態系の頂点に立った甲冑魚の中には、6メートルを超えるような巨大な体で悠々と泳ぐものもいた。
次いで、サメのような大型の軟骨魚類が現れ、甲冑魚に代わって海の王者の地位を奪った。

【2】過酷な汽水域に追いやられた弱者たち
弱い魚たちは、川の河口の汽水域に追いやられた。海水と淡水が混じる汽水域は、浸透圧が異なるため、海に棲む天敵も追ってくることはできないからである。しかし、そこは海水魚こが生存できない過酷な環境である。幾たび挑戦しても、多くの魚たちは汽水域の環境に適応できずに死滅していった。

汽水域で最初に問題となるのは浸透圧である。海中で進化した生物の細胞は、海の中の塩分濃度と同程度の浸透圧になっている。ところが、汽水域では細胞内の塩分濃度が体外より高いので、水が細胞の中へ侵入する。そこで魚たちは塩分濃度の薄い水が体内に入るのを防ぐために、うろこで身を守るようになった。さらに、外から入ってきた淡水を体外に排出し、体内の塩分濃度を一定にするために腎臓を発達させた。

それだけではない。海の中には生命活動を維持するためのカルシウムなどのミネラル分が豊富にあるが、汽水域ではミネラル分が足りない。そこで魚たちは体内にミネラルを蓄積するための貯蔵施設として骨を使った。こうして生まれたのが、骨を充実させた硬骨魚である。こうして、魚たちは逆境を乗り越え、汽水域への進出を果たした。

【3】汽水域から川や海へ追いやられた硬骨魚たち
しかし、汽水域に逃れた弱い魚たちの中にも強者、弱者が存在し、より強い魚が生態系の上位に陣取る。より弱い魚たちは、より塩分濃度の薄い川の河口へと侵入を始める。しかし、そこでも弱肉強食の世界は築かれる。さらに弱い弱者中の弱者は、天敵に追われながら川の上流へと新天地を求めていった。

中には、同じ食われるのであれば、海も同じだとばかりに、再び海へと戻った種も現れた。
浅瀬で泳ぎ回る敏捷性を発達させていた魚たちは、海に戻ってからも、サメなどから身を守る泳力を身につけていたため、海でも適応できたのである。こうして、汽水域に追いやられて進化を遂げた硬骨魚の中から、川や湖を棲みかとする淡水魚と、海で暮らす海水魚とが分かれてゆく。サケやマスなどが、川を遡って産卵をするのは、彼らが淡水を起源とするからである。

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