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。
第2話で紹介したように、およそ5億2500万年前のカンブリア紀になると現生の動物門が一斉に化石として現れるようになるが、そのなかで種数がいちばん多かったのが、下の写真の三葉虫や当時最強の捕食者だったアノマロカリスなどの節足動物門だった。節足動物はカンブリア紀以降現在まで一貫してもっとも多様性の高い動物門であり続けた。
また、三葉虫の時代はカンブリア紀から始まり3億年後のペルム紀末まで続いた。これほど長い時代にわたって生き延びた動物は少ない。これに匹敵するのは、少し遅れて現れて中生代白亜紀末まで繁栄した軟体動物門のアンモナイトと、カンブリア紀から現在まで生き延びている棘皮動物門のウミユリくらいであろう。
節足動物の特徴は、関節と外骨格をもつことである。「Arthropoda(節足動物)」という名前は、ギリシア語の「arthron(関節)」と「pous(脚)」、つまり関節に分かれた脚からきている。
図9AIで、例えばザトウムシやカブトガニの写真を見ると、彼らの脚が関節に分かれていることが分かる。関節をもった脚により素早く動くことが可能になったのだ。
また、節足動物は硬い外骨格をもつ。これはからだを支えるとともに外の環境や外敵からからだを守るはたらきがある。外骨格はからだの成長にあわせて大きくならないので、節足動物は脱皮することで古い外骨格を脱ぎ捨てて成長する。三葉虫の化石にも脱皮を行なっていた証拠が残っている(2)。
脱皮中は無防備であり、脱皮直後はからだが柔らかい。また、脱皮は複雑なプロセスであり、失敗するリスクも高い。節足動物は、それでも脱皮を続けながらカンブリア紀から現在まで繁栄を続けてきた。
節足動物以外にも有爪動物や線形動物などは脱皮して成長するが、これらは系統的にも脱皮動物というグループを作っている(第2話の図2A)。
節足動物の共通祖先は硬い外骨格を進化させた。外骨格は外の環境や外敵から身を守っただけではなく、そこに筋肉を付着させることによって素早い運動が可能になった。関節をもった脚もまた高度な運動性の進化を促した。このような運動性はエディアカラ紀からカンブリア紀初期にかけて進化したが、第2話で紹介したようにこの頃に地球上の酸素濃度が、現在に近いレベルまで上昇したおかげで可能になったのである。
図9AIは節足動物門のなかの主要なグループのあいだの系統関係を示している。
従来節足動物門は、クモ、カブトガニなどの「鋏角(きょうかく)亜門(Chelicerata)」、ムカデ、ヤスデなどの「多足亜門(Myriapoda)」、エビ、カニなどの「甲殻亜門(Crustacea)」、昆虫などの「六脚亜門(Hexapoda)」の4つの亜門に分類されていた。
ところが、分子系統学により、従来甲殻亜門に入れられていたミジンコ、カブトエビ、ムカデエビなどが、ほかの甲殻類よりも六脚亜門に近縁であることが明らかになった(1)。つまり、甲殻類が系統的にまとまったグループではなく、昆虫などがそのなかに入ってしまうのである。そのため、甲殻亜門と六脚亜門を統合した「汎甲殻亜門(Pancrustacea)」が設けられることになった。
多足亜門はムカデ綱とヤスデ綱から成るが、この2つの綱(こう)は5億年前のカンブリア紀にはすでに別々の系統に分かれていたと考えられる。カンブリア紀には海生であったが、現生の多足類はすべて陸生である。
多足類という名前が示すように、このグループは多くの脚をもつことが特徴であり、15対から多いものでは191対にもなる(3)。
このグループには小型の土壌動物が多く、たいていは腐植食性だが、ムカデは肉食性である。ムカデでは親が卵や幼生を保護する行動が報告されている(4)。
鋏角亜門にはカブトガニ、ザトウムシ、ダニ、クモなどが属する。図9AIに示した時間スケールは100Myr(「Myr」は100万年前を表す時間の単位)、つまり1億年だから、同じ鋏角亜門に属するカブトガニ、ザトウムシ、ダニ、クモなどは5億年以上前のカンブリア紀前期にはすでに別々の系統に分かれていた。このように節足動物進化の歴史は非常に長いのである。
下に鋏角亜門の代表としてオオジョロウグモの写真を示す。鋏角類は4対の歩くための脚(歩脚)のほかに、1対の触肢をもつ。触肢は鋏角亜門のさまざまな系統でさまざまに改良されている。サソリでは獲物を捕らえるためのハサミになり、ダニでは糸を作り出すための器官として(クモの糸を作る器官は別)、オスのクモではメスのからだに精子を送り込むための器官として、という具合である。また、オスのクモでは触肢を求愛の道具として使うものもいる(5)。
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長谷川政美著『系統樹をさかのぼって見えてくる進化の歴史 (BERET SCIENCE)
』 (ベレ出版)。 本書は当サイトで連載していた「僕たちの祖先をめぐる15億年の旅」を加筆修正および系統樹図を全て作り直して一冊にまとめたものです。カラー図版600点掲載。扉絵は小田隆さんによる描き下ろし。
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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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※電子書籍あり。
ブックデザイン:垣本正哉・堂島徹(D_CODE)
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」
・第5話「真正双子葉植物の系統樹マンダラ」
・第6話「続真正双子葉植物の系統樹マンダラ」
・第7話「菌界の系統樹マンダラ」
・第8話「アメーボゾア界の系統樹マンダラ」