LUCA

 

はるかむかし地球上のあらゆる生物の共通の祖先がいた。

まだ見ぬその姿は細菌のようだったのだろうか?

ダーウィンが夢見た、共通祖先から連なる全生物の進化の系統樹が、

生物のもつDNA情報にもとづいて、いまその姿を現しつつある。

進化生物学者である著者が撮影した貴重な写真コレクションを用いて、

動物界、なかでも昆虫綱、哺乳綱、鳥綱の驚きの進化を100点超の系統樹で表現する。



著者プロフィール
長谷川政美(はせがわ まさみ)

1944年生まれ。進化生物学者。統計数理研究所名誉教授。総合研究大学院大学名誉教授。理学博士(東京大学)。著書に『分子系統学』(岸野洋久氏との共著)『DNAに刻まれたヒトの歴史』(共に岩波書店)、『系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史』(ベレ出版)、『世界でいちばん美しい進化の教室』(監修、三才ブックス)、『共生微生物からみた新しい進化学』(海鳴社)、『進化38億年の偶然と必然』(国書刊行会)など多数。最新刊は『ウイルスとは何か』(仮題、中公新書、2023年1月刊行予定)。進化に関する論文多数。1993年に日本科学読物賞、1999年に日本遺伝学会木原賞、2005年に日本進化学会賞・木村資生記念学術賞など受賞歴多数。全編監修を務める「系統樹マンダラ」シリーズ・ポスターの制作チームが2020年度日本進化学会・教育啓発賞、2021年度日本動物学会・動物学教育賞を受賞。

 

すべての生き物をめぐる
100の系統樹


第5話

真正双子葉植物の系統樹マンダラ

文と写真 長谷川政美

図5P2.真正双子葉植物の系統樹マンダラ。系統関係は文献(1)、分岐年代は文献(2)による。画像をクリックすると拡大表示されます。

図5P2は真正双子葉植物(しんせいそうしようしょくぶつ)の系統樹マンダラである。真正双子葉植物も、中生代白亜紀の比較的短期間に単子葉植物がたくさんの系統に分かれたのと同じ頃に一斉に分岐していることが分かる。

◎水生に戻った系統

真正双子葉植物のなかで最初にほかから分かれたマツモ目(マツモ科のみ)は水生植物であり、根をもたずに水中を浮遊している。陸上植物が水生に戻ったものであるが、水中では根が不要なため失ったのである。
図5P2にあるユキノシタ目アリノトウグサ科のプロセルピナカも水生に戻ったものであるが、こちらは根で水底に固着している。

水生植物であるマツモ目のマツモ。

ヤマモガシ目のハスも水生であり、かつては図3Pに出た被子植物進化の初期に分かれたスイレンの仲間だと考えられていたが、分子系統学により真正双子葉植物のヤマモガシ目に入ることになったものである。スイレンの葉は水面に浮かんでいるが、ハスの葉は水面よりも上に出る。

水生のハスはかつてスイレンの仲間と考えられていたが、分子系統学によりヤマモガシ目とされることに。

キントラノオ目ヒルギ科のヤエヤマヒルギは、海水と淡水の混ざった汽水域に生えるマングローブと呼ばれる植物である。
陸上の普通の植物を海水につけると、浸透圧で水分をとられてしまうが、マングローブは海水から水分だけを取り込み、塩分を捨てる仕組みをもっている。
マングローブ植物はヒルギ科だけでなく、シソ目クマツヅラ科やフトモモ目ハマザクラ科(マヤプシキ科ともいう)でも独立に進化している。

海水が混じる汽水域に生えるキントラノオ目ヒルギ科のヤエヤマヒルギ。

◎乾燥に適応した植物

一方、乾燥に適応したものも多い。図5P2にあるように、トウダイグサ科のユーフォルビアのなかには次回詳しく紹介するアメリカ大陸固有のサボテンとそっくりなものがある(図のユーフォルビアはアフリカ・ナミブ砂漠のもの)。

乾燥に強くサボテンに似たトウダイグサ科のユーフォルビア。

アオイ科のバオバブ(Adansonia属)も乾燥に適応した植物である。図のなかのディディエバオバブはマダガスカルの乾燥地に分布するが、太い幹や枝に水を蓄えるとともに、乾期には水分の蒸散を防ぐために葉を落とし、幹や枝にある葉緑体で光合成を続ける。
ユキノシタ目のカランコエ(ベンケイソウ科)も乾燥に適応した植物であるが、同じユキノシタ目のプロセルピナカ(アリノトウグサ科)は水生というふうに、近縁であっても生息環境が違うとかたちなども全く違ってしまうということは、どんな生物でもよく見られることである。

乾燥に適応したユキノシタ目のカランコエ(ベンケイソウ科)。

ウリ目ウリ科のスイカも乾燥に適応した植物であり、果実のなかに水を蓄える。図の写真は、アフリカのカラハリ砂漠で撮ったものであるが、水が少ないこの地域に生息する肉食獣のライオンやハイエナもこの果実を食べて水分を補うという。
スイカはアフリカ起源であるが、同じウリ科のヒョウタンもアフリカ原産である。ヒョウタンは最古の栽培植物でもあり、およそ1万年前から栽培されてきた。日本でも琵琶湖の粟津湖底遺跡で1991年に当時奈良国立文化財研究所にいた故・松井章が、およそ9600年前のヒョウタンの種子を発見している。このように、アフリカから世界中に拡散した現生人類は一緒にヒョウタンも拡散させた。

ウリ目ウリ科のヒョウタンはアフリカ原産。

ヒョウタンの何がそこまでヒトを惹きつけたのだろうか。ヒョウタンの用途にはさまざまなものがあるが、水を入れる容器としての用途が最大の要因だったと思われる(3)。
現生人類ホモ・サピエンスはアフリカから出て、世界の隅々にまで広がったが、その拡散速度はそれ以前のホモ・エレクトスやネアンデルタール人にくらべて非常に速かった。さまざまな環境での移動にあたって、水を確保することは重要だったが、ヒョウタンは移動の際に水を入れる容器として大いに役立ったことであろう。

◎絞め殺しの木

バラ目クワ科のイチジク属Ficusには太陽光を求めて変わった戦略を採るものが多い。植物は太陽光を浴びることによって光合成を行うので、ほかの植物よりも上に伸びることによって太陽光を確保することが重要である。
沖縄などでよく見られるガジュマルやアコウなどもそのための変わった戦略を採る。鳥やコウモリが食べたイチジクの果実の種子が糞として木の枝の上などに落ちると、そこで発芽して根を伸ばす。根とはいっても、地面から生えているものではなく、最初は気根といって空中に垂れ下がったものである。気根は枝分かれして太くなり、樹木に巻きつきながら伸びて地面に到達すると、その後は地面からの水分や養分を吸い上げて、どんどん太くなる。

イチジク科植物。枝から垂れ下がっているのが気根。これが地面に到達すると本当の根になる。この写真の気根は巻きつくものではなく、この植物の枝から伸びている。従ってこれが地面に到達して太くなると、下の写真のように幹がたくさんある樹になる。

樹木に巻きつく気根の話に戻ると、イチジクに巻きつかれた樹木は水分や栄養の循環を阻害されて枯れてしまうことが多いので、このようなイチジクを「絞め殺しの木」ともいう。これは樹高の高い熱帯雨林などで植物が光の当たる環境を獲得するための戦略である。
図5P2にあるイチジクの写真も、絞め殺された親木が枯れて中が空洞になっているものである(中国雲南省)。

◎窒素固定

図5P2のなかで地球上の物質循環に大きな役割を果たしているのがマメ科植物である。生物のからだを構成しているたんぱく質には、窒素が多く含まれる。地球大気の78%は窒素(N2)であるが、このままではほとんどの生物は利用できない。
しかし、真正細菌や古細菌のなかに空気中の窒素を固定して利用できるものがいる。マメ科植物はそのような能力をもった根粒菌という真正細菌を共生させ、窒素固定してもらって自分が利用できるようにしている。
図5P2にあるルピナスも根粒菌との共生で大気中の窒素を窒素固定しているため、古くから緑肥として利用されてきた。

根粒菌との共生で大気中の窒素を窒素固定するマメ科のルピナス。

窒素固定は雷などによっても起るが、われわれのからだを作っているたんぱく質は、もともとマメ科植物と共生している根粒菌が固定した窒素によるものが多いと考えられる。ただし、20世紀になって化学的に窒素固定して肥料をつくる方法が開発されたため、現在ではわれわれの体内のたんぱく質の半分はどこかの工場で化学的方法によって合成された窒素肥料に由来するものだといわれている。
ブナ目ブナ科には、図5P2のなかのアラカシの写真で見られるような一般にドングリと呼ばれる堅い皮で覆われた堅果を実らせるものが多い。これらは多くの動物の食料としても重要である。
アブラナ科のアブラナやバラ科のウメの写真には、それぞれモンシロチョウとメジロが蜜を吸っている様子が写っているが、これらの動物は自分の食料を得るとともに、花粉を運んで植物の受粉を助けている。このような花を咲かせる植物と昆虫や鳥類などの共進化は中生代の白亜紀から続いている。
ムクロジ目ウルシ科のハゼノキの写真ではコゲラが実を食べている様子が見られるが、これも種子の散布を助けていると思われる。ハゼノキの実は脂肪分に富み、日本では室町時代頃からロウソクを作る材料として使われてきた。

次回は、真正双子葉植物の残りの系統について詳しく見ていくことにしよう。
つづく

【引用文献】
1. Angiosperm Phylogeny Group (2016) An update of the Angiosperm Phylogeny Group classification for the orders and families of flowering plants: APG IV. Bot. J. Linnean Soc. 181, 1–20.
2. Hertweck, K.L., Kinney, M.S., Stuart, S.A., et al. (2015) Phylogenetics, divergence times and diversification from three genomic partitions in monocots. Bot. J. Linnean Soc. 178, 375–393.
3. 湯浅浩史(2015)『ヒョウタン文化誌 - 人類とともに一万年』岩波書店.





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ブックデザイン:坂野 徹
編集:畠山泰英(科学バー/キウイラボ)


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編集:畠山泰英(科学バー/キウイラボ)





<バックナンバー>
第1話「全生物界の系統樹マンダラ」
第2話「動物界の系統樹マンダラ」
第3話「植物界の系統樹マンダラ」
第4話「単子葉植物の系統樹マンダラ」