象の鼻には骨がありませんが、どうやってさまざまな複雑な動きができるのでしょうか?

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象はとても特別な動物です。他の動物にはない長い鼻を持っていることは誰もが知っていますが、ゾウの鼻の何が特別なのかご存知ですか?象は鼻に骨がないのに、なぜあらゆる種類の複雑な作業をこなせるのでしょうか?象の鼻のしわはどのようにして形成されるのでしょうか。また、そのしわの何が特別なのでしょうか。

ゾウの祖先は約3600万年前に生息していたLoxodonta australisです。その時代に戻れば、彼らを豚の祖先と間違えるかもしれません。祖先のゾウは鼻が短いだけでなく、体の形も私たちがよく知っているゾウとは大きく異なっているからです。それは豚のようです。なぜ今日私たちが目にするゾウに進化したのでしょうか?

象の長い鼻は、実は上唇と鼻が融合して長くなったもので、これにより掴む力が増し、象は遠くにある食べ物を口に入れることができるようになりました。物を運ぶのにも使えますし、長い鼻を使って水を吸い込んで口に送ることもできます。古生物学者は、ゾウの祖先の化石の研究に基づいて、ゾウの祖先は川や湖の近くの豊かな水と草のある環境に住み、一日の長い時間を水中で過ごしていたことを発見しました。呼吸を楽にするために、彼らの鼻は徐々に長くなり、呼吸を助けました。この柔軟な鼻には掴む力もあり、ゾウの祖先はこれを使って遠くの茂みや背の高い葉、地面の草を丸めて口に入れ、餌を探す際の体力消費を減らすことができました。これが、ゾウが長い鼻を進化させた理由です。しかし、一部の学者はこの進化の過程に疑問を呈しているが、いずれにせよ、ゾウは長い進化の旅を経て、長い鼻に頼って今日の姿に到達したのだ。

骨や関節がなく、完全に筋肉でできた付属器官である象の鼻が、なぜさまざまな機能を果たすことができるのでしょうか?

まず、象の鼻には、約 4 万個の弾力性のある小さな筋肉、15 万個の筋肉束、および数千万個の神経終末が含まれています。これらの筋肉はそれぞれ異なる役割と機能を持っています。胴体を制御するために特別な神経が脳から引き出されており、象の脳はこの神経を通じて命令を伝達し、胴体にある何万もの筋肉の収縮や弛緩を調節することができます。これらは神経の制御下で連携して働き、体幹のさまざまな複雑な動きや動作を実現します。

第二に、象の鼻には骨、軟骨、関節はありませんが、筋肉の協調動作により、鼻は複数の箇所で関節のような構造を形成することができ、鼻の動きの柔軟性が向上します。体幹にはシワも多く、可塑性を保ちながら内部組織を保護することができ、カールなどの動きを可能にしています。もし象の鼻の皮膚にしわがなかったら、鼻の柔軟性と可塑性は大幅に低下し、ほとんど動かない棒になってしまうかもしれない。

さらに、象の鼻には多数の血管があります。筋肉を収縮させたり弛緩させたりすることで血管内の血流をコントロールし、体幹の形や柔らかさ、硬さなどの状態を変化させます。これは私たちが舌を制御する原理と非常によく似ています。筋肉が収縮すると、血管が圧迫されて血流が減少し、体幹が引き締まって物を掴んだり丸めたりできるようになります。筋肉が弛緩すると血管が拡張し、血流が増加し、体幹が柔らかく柔軟になります。筋肉が弛緩したり緊張したりすると、体幹の表面の皮膚も筋肉とともに伸びます。皮膚にシワが存在することで、体幹の表皮が完全に伸びて引き締まります。胴体が充血し、硬くなり、大きくなると、しわによって皮膚の延性が高まります。これらのしわがなければ、体幹の表皮は運動中に「裂け」てしまいます。

象の鼻のしわには不思議なことがたくさんある。例えば、象の鼻のしわは、時間の経過とともに徐々に形成されるのではなく、象がまだ胎児のときに形成されます。生物学者は研究を通じて、その形成は遺伝子によって引き起こされ、象の鼻の機能的発達と同期している可能性があることを発見した。さらに、アジアゾウと普通のアフリカゾウの鼻のしわの数や形にも違いがあります。アジアゾウの鼻のしわは平均126本と、アフリカゾウよりも多いが、平均83本しかない。研究の結果、生物学者はこれが鼻の形と物をつかむ習性に関係しているのではないかと考えている。アジアゾウの鼻の先端には膨らみが 1 つだけあります。物を掴むとき、彼らは胴体の端の3分の1を使って物を掴むことに慣れています。この部分のシワの密度は最も高く、シワが多いほど曲がりやすくなります。普通のアフリカゾウは鼻の先に2つの膨らみがあります。物を掴むときは、この2つの膨らみを使って挟むことが多いため、胴体の先端をあまり曲げる必要がなく、しわも少なくなります。

科学者たちは、体幹のしわの研究を通じて、この特徴が多くの分野で非常に有益な実用的意義を持つことを発見しました。例えば、生物学では、胴体のしわの発達は、ゾウや他の動物の皮膚のしわ形成のメカニズムを理解するのに役立ちます。生態学では、しわの数と機能はゾウの行動と密接に関係しており、しわの形成はゾウの生活環境と関係している可能性があり、ゾウが生き残り、繁殖するためにさまざまな環境にどのように適応しているかを理解するのに役立ちます。工学的には、体幹のしわの構造はロボットアームの設計の参考となり、それによって把持の柔軟性と精度が向上します。例えば、体幹のシワの構造を参考にして関節部分の外殻を改善したり、把持腕部においては、胴体端部の突起を基準として把持精度を高めるとともに、この部分の関節数を増やして柔軟性を向上させることができる。材料科学の分野では、体幹の皮膚やシワの構造は、より優れた延性と強度を備えた新材料の研究開発の基礎となります。

著者: 李維洋 ポピュラーサイエンスライター

査読者: Zhao Xumao、蘭州大学若手研究者

制作：中国科学技術協会科学普及部

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