生物史 Ⅰ 生物史 ① 地球が誕生したのが46億年前 その46億年を１時間に例えると 人類の出現は最後の２秒で 地球の年齢の0.06％にすぎないそうです チリとガスの渦から原始太陽が誕生し やがて、原始太陽のまわりを回っていたガスや鉱物粒子が 集合し無数の微惑星が生じた これらの微惑星がたがいに衝突、合体、破壊を繰り返し 原始惑星が誕生する その１つが原始地球だと言われています 原始地球では、微惑星の衝突が繰り返され 地表がとけてマグマの海(マグマオーシャン)が生まれた また、地表に衝突した微惑星から飛び出した 気体(水蒸気と二酸化炭素)により、原始大気が作られた 水蒸気は厚い雲となり、この雲から雨が降り始め 雨はくる日もくる日も降り続き、大洪水となり海が誕生する こうして水蒸気は雨となり海を作り 二酸化炭素は原始大気を作り マグマは冷えて地殻となった これか今から約40億年前のことといいます 地球の水は、地球が太陽からちょうどよい距離に位置したため 蒸発もせず、氷にもならず、液体の状態で存在することになり 海という様々なものを溶かし込む 天然の化学工場ができたとされています 最初の生命である硫化水素を餌とする細菌(原核生物)の誕生が 40～38億年前とされます 〔350℃以上の熱水が吹き上げ、猛毒の硫化水素が流れ出している 海底熱水噴出孔で誕生したと考えられている〕 原核生物の シアノバクテリア(藍藻)が海洋中に繁殖し 光合成によって酸素を放出し 大気中の酸素濃度が増加し出したのが35億年前です ● シアノバクテリア 藍藻ともいう 光合成を行う細菌の一群 単細胞で浮遊するもの、少数細胞の集団を作るもの 糸状に細胞が並んだ構造を持つものなどがある なお、シアノバクテリアが 10数億年前に、真核生物に細胞内共生したことが 葉緑体の起源であると考えられている
こうして生物が誕生したものの、生物を有害な太陽の紫外線から 守ってくれるのは水だけで 生活するには水深10ｍ程度が必要だったと言われています 真核生物が誕生したのが14億年前 多細胞生物の誕生が10億年前 有性生殖を行う生物の誕生が９億年前といいます 生物史 ② 生物のエネルギー獲得方式が発酵から 数十倍も効率的にエネルギーを得られる 呼吸レベルに変化できるのは 現在の１/100分の酸素濃度だそうです これの状態は、≪パスツールレベル≫と呼ばれます ● パスツール(1822～1895) フランスの科学者 近代細菌学の祖と称される 微生物が自然発生するという「自然発生説」を否定 発酵は、空気中の微生物が原因となって起こることを証明 また、関与している微生物の違いによって アルコール発酵、酪酸発酵 乳酸発酵などの違いが生じることを明らかにした さらに狂犬病ワクチンを開発している 酸素量がこのレベルまで増えると 生物の生活できる範囲は水深１ｍまで広がるといいます 大気がパスツールレベルに達した時期は カンブリア紀〔古生代の最古の時代 約５億7000万年前～５億1000万年前〕です このカンブリア紀には 多くの無脊椎動物が出現し それまで数十数種しかなかった生物が 突如１万種に爆発的に増加する 「カンブリアの大爆発」が起きています 中でも三葉虫等の節足動物が繁栄し、藻類が発達したといいます またこの時期に、脊索を持つ生物も誕生し この中から後に脊椎動物へと進化したものが出たわけです ちなみに、カンブリアという名称は この時代の地層が調べられたイギリスのウェールズ地方に 住んでいた部族の名に由来するといいます この部族は「キムル」といい これをラテン語に直したのが「カンブリア」だそうです ● ナメクジウオ 脊椎動物の一番原始的な姿を連想させるのが ホヤ(尾索動物)の幼生や、ナメクジウオ(頭索動物)といいます ナメクジウオ類は、日本には２属３種が生息 このうちナメクジウオは３～５cm。柳の葉のような形をしている 半透明で、脊索や神経管、内臓などが透けて見える 眼はないが、神経管のあちこちに光を感じる構造が散らばる 口は体前部の腹側にある 体内に緑色蛍光タンパク質を持ち、特に頭部が発光する
「カンブリアの大爆発」は ニッチが空いたことによる「適応放散」なのでしょうか？ だとしたら、その前に大量絶滅が起きたはずです ● 適応放散 種分化が、ある一つの地域で、大規模に起こる そのような現象を「適応放散」(適応拡散)という 単一の先祖となる動物から さまざまなタイプの種が生まれてくるような現象をいう これが起こるには たくさんのニッチ (生物が活動する空間や時間)が空いてなくてはならない 山火事でニッチが空いたとしても100年単位で回復してしまう 火山の噴火でももう少し時間をかければ回復が進んでしまう また、もともとそこにいた種が生き延びれば 環境の回復に伴って個体数を回復する なので「適応放散」が起こるには 多数の「種」が絶滅するほどの撹乱でなければならないとされている 地球では過去に数回の大絶滅があったことが知られているが 哺乳類は、恐竜の絶滅した後のニッチを埋めるように 「適応放散」が起こった結果 多様な種が生まれ、繁栄するに至ったとされる もう一つは、もともと空いていた場所＝隔離された島で 「適応放散」が起こる場合がある ダーウィンの進化論でも有名な ガラパゴス諸島(南米エクアドル領)には 独自の変化を遂げた動植物が多数生息 マダガスカル島(アフリカ南東部沖)のキツネザルの仲間 オーストラリア大陸の有袋類 (カンガルーやフクロモモンガ、フクロネコ)なんかがよい例 人類が大量絶滅で滅びたとしたら、生き残ったものが 「適応放散」により多様に進化し そのなかから次の人類へと成長していく種が現れる ということになります それが哺乳類なのかは分かりません 未来の環境が、哺乳類に適しているとは限らないということです カンブリア爆発の前に 地球が全球凍結する「スノーボールアース」が起きています これにより地球は、全体が厚さ1km以上(３kmとも)の 厚い氷で覆われたといいます なお、地球は、全球凍結(スノーボールアース)を 22億年前と６億年前の２回も経験しているそうです ２万年前の氷河期と 現在の地球との平均気温の差は、わずかに５℃ 凍ったのは北極や南極に近いところだけで 他はほとんど影響がなかったそうですが 全球凍結の気温は赤道付近で－50℃ 北極や南極では－90℃にもなったとされます 海も水深１千ｍまで凍りついたといいます ６億年前の地球には、まだ植物もなく 生命の多くは海の微生物だったそうです このうち人間の祖先となったのは 鞭毛を持つ動物プランクトン(原生動物)であると考えられています この動物プランクトンは 光合成を行う微生物がつくり出す酸素を呼吸し 栄養分を代謝して生きていたそうです また、微生物の１つにメタン細菌がいて この細菌のつくり出すメタンガスの温室効果によって 地球は温暖な状態にあったといいます ところが、光合成を行う微生物が増加し それが作り出す酸素に メタンが反応して別の物質になることで 地球をあたためていたメタンが滅少し 南極と北極から赤道に向かって次第に凍ってゆき 全面凍結に至ったといいます 22億年前の全球凍結も シアノバクテリアが放出する酸素が やがて大気に蓄積してゆき メタン細菌や火山から供給されるメタンと反応し メタンによる温室効果が低下したことが原因と考えられています 微生物が地球を凍らせてしまうなんてすごい話ですよね なぜ溶けたのか？ 全球凍結のときも、火山活動は活発で 二酸化炭素を含む火山ガスが大気に放出されていたといいます 全球凍結では海が厚い氷で覆われているので 海は二酸化炭素を吸収しない このため大気にどんどん二酸化炭素が蓄積され その温室効果からやがて氷が溶け始めたと考えられています このスノーボールアースとカンブリアの大爆発との関連が 従来から指摘されてきたそうですが スノーボールアース終結からカンブリア爆発まで 少なくとも3200万年もの間があることから 関係があったとしても 間接的なものにとどまるであろうと考える人もいるようです また、≪海底には熱水を発する箇所があり スノーボールアースの間、その近辺で生物が生存していた そこはガラパゴスやオーストラリア大陸のように 生物多様性を形成する隔離状態にあった 隔離の中、どのように捕食するか どのように捕食から逃れるかの生存競争にあり 多細胞生物が多様化された それらが、スノーボールアース終結とともに 空いているニッチへと進出していった≫ といった説もあります カンブリア紀の王者はどんな生物だったの？ アノマロカリス〔奇妙なエビという意。現生のどの動物群とも類似していない 近縁種さえも類推不可能。近年では節足動物に属するという説もある〕 という体長60cmの生物だといいます 他の生物は、せいぜい１～５cm、10cmを超えることはなかったそうですから 群を抜いて大型だったといいます
生物史 ③ 古生代前期の オルドビス紀(約５億1000年前～約４億3900万年前)には 魚類が出現します ただこの魚類は、アゴも胸ビレも持たず 海底の泥の中の微生物を食べていた無顎類という種で この時期の最強の捕食者であった オウムガイの格好の餌となっていたそうです 当時の海の覇者は、オウムガイの仲間のなかでも、最強だった カメロケラス(円錐型の貝殻を持つ)で体長は10ｍもあったといいます ● オウムガイ 頭足類(イカやタコの仲間)で90本もの触手を持つ 頭足類は、オウムガイの仲間がもっとも早く出現 (約五億年前のカンブリア紀) その後、アンモナイト類、イカ類、タコ類が相次いで現れたとされ その出現は、いずれも今から約４億年より少し前のシルル紀という 爆発的に繁栄したオウムガイは多種多様に進化 まっすぐな殻を持ったものや、殻の直径が2.5ｍに達するものなども現れた 現在のオウムガイのグループに属する仲間の出現は約6000万年前 その後ほとんど姿を変えることなく 今日まで生き残り「生きた化石」の１つとされる 世界の海(南太平洋～オーストラリア近海の水深100～600ｍ)には ６種類のオウムガイの仲間が生息 最も有名でかつ最も大きくなる 「ノーチラス」(ギリシア語で船乗りの意)が 和名の「オウムガイ」で、殻の直径は27ｃｍになる
大垣市金生山化石館のサイトに 和名「オウムガイ」の由来は諸説あるが 殻の形がオウムのくちばしに似ているという説が一般的とある シルル紀(約４億3900万年前～約４億1000万年前)には 酸素濃度が現在の1/10くらいになり生物の作り出した酸素により 現在とあまり変らないオゾン層が形成され 地表面も生命に有害な紫外線から守られる環境になったといいます 光合成を行う緑色植物(緑藻類)が 30億年以上の年月をかけて酸素を作り続け ようやく現在のようなオゾン層ができたわけです このシルル紀には、植物が陸上に進出します コケ植物、続いてシダ植物が水際に沿って陸上に進出したとされます (なお植物の陸上進出を５億年前頃とみる説も) さらに昆虫が誕生しています エビやカニと共通の祖先から分かれて上陸したのが昆虫だといいます 昆虫類は脊椎動物よりも約4000万年早く陸上に進出したとされます また、シルル紀後期には 全長２ｍの巨大ウミサソリ プテリゴートゥス(節足動物)が 浅海を制していたようです
「生きた化石」と呼ばれるカブトガニと 絶滅したウミサソリ類は、クモやサソリと近縁で これらの共通の祖先は、カンブリア紀初期に登場した パレオメルス(体長４ｃｍ)という生物らしいです
● カブトガニ ２億年前のジュラ紀に登場 甲殻類(カニ・エビ)ではなく、クモやサソリに近い 干潟の海底に生息する (泥に沈むことはない) カブトガニの仲間は現在は４種が存在 かつては日本でも 瀬戸内海と九州北部の沿岸部に広く生息したが 生息数・生息地域が激減 佐賀県伊万里市、岡山県笠岡市、愛媛県西条市で 天然記念物に指定されている
ところで「生きた化石」と呼ばれる種はなぜ進化しなかったの？ 生物は、「生活できる環境」がなければ絶滅します 絶滅しないために移動したり、進化するわけですから 環境が適応できていれば進化しないといいます 種の保存が目的の価値で 進化はその手段としての価値(＝適合性)ということです ミジンコの仲間で｢生きた化石」と呼ばれるカブトエビは 低温や乾燥に強い耐久卵を産みます この耐久卵は数年間生きられるらしいです
日本では初夏に、水田などに大量発生する こういった種は、環境に適応する能力を 非常に高いレベルで獲得しているので それ以上進化する必要がなかったのではないか と考えられています となると人間も寒ければストーブを焚くし 暑ければクーラーをつける すでに環境に適応する能力を手にしているわけだから これ以上進化しないのかもしれませんね 単細胞→ 魚類→ 両生類→ 爬虫類→ 哺乳類→ 人類と たくさんの進化の過程をたどってきた生物が「高等」 そうでない生物が「下等」とする見方もありますが 「進化」とは、環境への適応性であり 環境に適応できていれば進化する必要もない 現在、生きている生物は、みな、これまでの環境に適応してきた その意味では、高等も下等もないのかもしれません 生物史 ④ 年代は学者さんによって様々なようですが だいたい今から ５億7000万年前から２億4500万前までを古生代 それ以後6500万年前までを中生代 それに続く現代まで新生代といいます 古生代の前半は、菌藻植物(カビや藻類)と無脊椎動物 後半はシダ植物と魚類、両生類の時代 中生代は裸子植物と爬虫類 新生代は被子植物と哺乳類の時代です なお地球誕生から 古生代以前を先カンブリア時代と呼びます (カンブリア紀は古生代最古の時代) 古生代のオルドビス紀は寒冷な時代であり シルル紀に入り温暖な気候となり 氷床が溶け、たくさんの「川」が生まれ 生物の舞台が海から川へ広がっていきます 約４億年前には 海でオウムガイに圧迫されていた魚が川に進出します そして ① 淡水で生活するため 〔淡水域では浸透圧差により 水分が細胞内に流入し、細胞が破裂してしまう〕 腎臓機能を発達させ、塩分濃度を調整できるようなった ② 淡水域ではカルシウムが希薄なため 〔海水のカルシウム濃度は体液の数倍ある〕 ミネラルを脊椎に蓄積させる機能をつくった ③ 濁りや淀み、水量の減少したときに 空気中からも酸素を補給できるようにするため 食道の一部を肺へと変化させた この肺というシステムが、生物が陸上にあがるときに重要となる ④ 海水に比べ浮力が得られないことから 背骨やひれ、これに付随する筋肉を発達させ運動能力を高めた そして、運動能力を向上させた淡水魚の一部は海に戻り 海の覇権をオウムガイから奪ったといいます また、現在いる魚の祖先が持っていた肺は その後、使用されなくなり浮き袋として残ったそうです 【 浮き袋… 魚が上下に移動する際の水圧の変化に対応するためのもの 浮き袋には気体が入っていて、その体積を調節することで、浮力を得る 】 ● 浸透圧と魚 濃度の異なった２種類の液体を隣り合わせに置くと お互いに同じ濃度になろうとする この同じ濃度になろうとする力を浸透圧という 濃度の調節は低い方から高い方へ移動することによって行われる 海水の塩分濃度は約3.3～3.5％、生物細胞の塩分濃度は0.9％ 海水がそのまま体内に入ると 細胞内の水が入ってきた海水へと移動し 魚は脱水状態になり死んでしまう 魚は水の中にとけた酸素をエラに集めて呼吸をしている ふつうの魚は、口を開いて酸素を含んだ水を取り込み 次にえらぶたを開いてその水を外へ出す 海水魚はエラにある「塩類細胞」というものを使い 塩分を海中にを排出し、塩分が少なくなった水を体内に入れる また、なるべく水分を体の外に出さないようにするため 腎臓の機能により塩分を濃縮し 塩分濃度の高い尿を体外に排出している 淡水魚は、逆に、浸透圧差で 水が細胞に侵入してきて、水ぶくれ状態になり 細胞が水の圧力によって破裂してしまうことになる このため、水をほとんどを飲まない また、体内に入ってきた水からは 必要な酸素と塩分だけを吸収し 腎臓の機能よって、ほとんど塩分を含まない尿として排出される このため淡水魚はたくさん尿を出してる アユやサケなど、海水と淡水を行き来する魚は この機能を環境に応じて切り替えている ● 肺魚 約４億年前のデボン紀に出現し 淡水産・海産を合わせて100種以上(280種とも)が知られる 現生種は全て淡水産で、オーストラリアハイギョ１種 ミナミアメリカハイギョ１種、アフリカハイギョ４種のみ
魚類と両生類の間に存在する生物という 魚類の鼻孔は嗅覚器官としてのみ働くので外部にだけ開く
魚の鼻は4つあり(左右２つずつ) 匂いが溶け込んでいる水を、前後に二つ並んだ鼻の穴の 前の穴から入れて、後ろの穴から出している これに対し、肺魚の鼻孔は、肺呼吸をする動物と同様に 口腔にも開き、鼻孔が呼吸器官としての役割を果たしている 肺呼吸への依存は、成体に近づくにつれて大きくなり 成体になると肺呼吸ができない環境では溺死する (数時間ごとに水面に口先を出して息継ぎしなければ溺死してしまう) 夏になり乾期が訪れ、水が干上がると、次の雨季まで土中で夏眠できる 粘液と泥で乾燥を防ぐための繭のようなものを作り夏眠する種類もいる
胸ビレと尻ビレはなく、肺魚の胸ビレはムチのような形状をしていて (肺魚だけに見られる特徴) このヒレを手足のように使う様子も見られ このような器官が両生類の手足へと進化したと考えられている
四足類〔両生類・爬虫類・哺乳類・鳥類 四肢を持たない蛇や鯨なども四肢動物に含まれる〕は 肉鰭類(にくきるい・肉質のヒレを持つグループ)から進化したとされる 肉鰭類の魚類は、シーラカンスとハイギョのみ現存する シーラカンスとハイギョのどちらが四足類に近縁とするかは諸説あるが ハイギョの方が近いとする考えが強い なお、シーラカンスはかつては多様な姿のものが 世界中に分布していて４ｍを超えるものもいたとされる ラティメリア属の２種のみが現存で、深海に生息 分布は、１種は主に、南アフリカのコモロ諸島 もう１種は、インドネシアのスラウェシ島沖
ふつうの魚である条鰭類(じょうきるい)を含めたグループの 祖先ははっきりとはわかっていない 条鰭類の中ではチョウザメの仲間が最も原始的だと言われている 24種ほどいて、北半球の温帯、冷帯に分布 キャビアは、チョウザメが産む卵を塩漬けにしたもの 日本でも北海道から本州北部にかけての海域にチョウザメが生息 かつては産卵のため、春に石狩川や天塩川を遡ってきたらしい 近年では殆ど見られなくなったという チョウザメの名は、鱗(うろこ)が蝶の形 全体がサメに似ていることからの名だという
生物史 Ⅱ |
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