科学・教育映画で巨大生物が暴れ回る時代はなぜ永遠に終わってしまったのでしょうか？

先史時代の生物に興味がある人なら、先史時代には巨大な動物がたくさんいたことを知っているはずですが、今私たちの周りにいる動物はそれほど大きくないようです。なぜそれらの大きな動物は存在しないのでしょうか?今日はそれについてお話ししたいと思います。

この記事は、先史時代の巨大昆虫、先史時代の巨大恐竜、現代の巨大哺乳類の 3 つの部分に分かれています。サイズが大きいため、いくつか違いがありますが、以下に紹介します。

01.先史時代の巨大昆虫

体長1メートルのトンボ（メガネウラ・モニイ）と体長3メートルのオオムカデ（アルトロプレウラ・アルマタ）

泥炭期には、一連の巨大生物が地球上に広く出現し始めました。

当時の地球に戻れば、巨大な生物しかいない映画『地底旅行』の中にいるような気分になるかもしれません。

これはなぜでしょうか?一つの理論は酸素です。地球の歴史の中で、酸素含有量が 30% を超えた時期がありました。酸素含有量の増加により昆虫の繁殖が可能になりました。多くの昆虫は、体全体または体の各部に広がる気管を通して酸素を吸収するからです。

同じ環境でも、体が大きいほど気管（呼吸器系）が大きくなります。

酸素濃度が高い場合、生物は体の大きさの増加に合わせてより多くの酸素を供給するために呼吸器系を大きくする必要がないため、呼吸器系が体の大きさを制限する影響が減少し、生物はより大きなサイズに進化することができます。

これについて言えば、地球上の酸素の歴史について触れなければなりません。

02 、インタールード：地球上の酸素の歴史

現在、私たちは酸素含有量が 21% の緑の世界に住んでいますが、もともと地球には酸素がありませんでした。地球上の最古の生命は緑色ではなく紫色でした。古代の微生物は太陽光を捕らえるためにクロロフィル以外の分子を使用し、その結果、生物に紫色の色合いを与えた可能性がある。当時、光合成を行って酸素を生成する藍藻類は、紫藻類が残した青紫色の光を吸収するために、より深い海水に隠れることしかできませんでした。

大酸化イベントとは、約 26 億年前に大気中の遊離酸素含有量が突然増加した出来事を指します。この出来事の正確な原因はまだ不明であり、現在のところそれを説明できる仮説はいくつかあるだけです。地球上の酸素の急激な増加は藻類による光合成によってもたらされたと考える人もいますが、一方で酸素を破壊するメタン細菌が依存するニッケルの量が急激に減少したことで、大気中の酸素量が大幅に増加したため、「大気酸化イベント」と呼ばれています。大酸化イベントにより地球上の鉱物の組成が変化し、動物の出現が可能になりました。

簡単に言えば、それ以前の地球は単純に無酸素・嫌気性環境（酸素含有量 0.02%）と考えられており、酸素は主に水や岩石中の化合物の形で存在しています。その後、地球は大部分が好気性になった（最高レベルは30％以上と言われ、現在は21％）[1 ]。

上の写真は大気中の酸素の変化の傾向を示しています。矢印は大酸化イベントを指しています。

38億～24億5千万年前: 大気中には酸素がほとんど存在しなかった

24.5億～18.5億年前: 酸素は生成されたが、海と海底の岩石に吸収された

185万年前～8億5000万年前: 酸素が海から出現し、地表に吸収され、オゾン層が形成されました。

8億5000万年前～現在：酸素は蓄積し続けている。

その後、地球の生態系を変える現象が起こりました。それは、植物が地上に降り立つようになったことです！地球に着陸した最初の植物はただ生き残ろうとしていただけでしたが、無制限に繁殖したことで地球に生態学的危機を引き起こしました。

元々の植物には葉がありませんでした。植物の光合成により、地球上の酸素含有量は徐々に増加しました。約1億年にわたる野生の成長の後、石炭紀（3億6000万～2億8000万年前）までに、地球上の酸素含有量は30％を超え、前例のない高さに達しました。高濃度の酸素により、地球上には体長1メートルを超えるトンボなど、無数の巨大動物や先史時代の怪物が誕生しました。

しかし、植物史上初の危機が起こったのです！この危機は自然界をほぼ破壊しました。

当時、植物は狂ったように二酸化炭素を吸収し、その結果、一瞬にして地球上の二酸化炭素が足りなくなってしまったのです！ ！ ！ああ、しまった、二酸化炭素が足りないのか？そうですね、今の温室効果を見ると不思議に思いませんか？

しかし実際には、地球上には光合成に十分な二酸化炭素が存在しません。植物は二酸化炭素（光合成の原料：水と二酸化炭素）を食べて生きています。二酸化炭素がなくなると植物は生きられなくなり、植物にとって最初の危機が生まれます。

光合成の原料

無数の植物が枯れました。この頃、菌類の出現により死体が分解され、二酸化炭素の不足が補われ始めました。同時に、いくつかの植物は新しい道を探し始め、舞台に葉が現れ始めました。最終的に、今日、相対的なバランスが達成されました。つまり、分解と生成が両方存在するのです。

巨大であることは強さの面で有利だが、プレッシャーにもなる。巨大生物にとって、食物は中心的な制約であり、選択圧です。私たち一般人は1日2キロの餌で満腹になりますが、クジラは1日に数トンの餌を食べなければなりません。したがって、食物は巨大生物の形成における重要な要素です。

03.巨大爬虫類

もちろん、恐竜に代表される爬虫類という別の種類の巨大生物について話したい人も多いと思います（実際、恐竜は目であり、分類は非常に複雑ですが、科学の普及のため、ここでは単に恐竜という言葉を使います）。実際、恐竜は、大きいものから小さいもの、肉食のものから草食のものまで、非常に複雑なグループです。この記事では主に大型の草食動物について解説します。

当時、地球上には、体長35～40メートル、体重約90トンのアルゼンチノサウルスなど、多くの巨大生物が登場していました。もちろん、おなじみのマメンチサウルスもたくさんいますが、どれもとても巨大です。

なぜその時代には巨大な生物がたくさんいたのでしょうか? 2つの理由

1: 食べ物はたっぷりある。これが上で述べた植物因子です。植物が地球に着陸した後、十分な天敵が不足し、異常な増殖を引き起こしました。草食恐竜は植物を食べます。したがって、食糧不足は起こらず、当然十分な選択圧も生じません。そうでなければ、例えば地球上に十分な食料がなかったら、恐竜がカンブリア紀に放り込まれたら、彼らは餓死してしまうでしょう。

2：温度（中温）の優位性が大きい。動物の体温というと、誰もが変温動物と恒温動物を思い浮かべるはずです。前者は爬虫類、後者は哺乳類です。しかし、それはどんな種類の恐竜だったのでしょうか?実際、恐竜は上記の 2 つの方法ではなく、内温性と外温性を使用して説明する必要があります。

簡単に言えば、生物の体温は主に何に依存するのでしょうか?一部の生物は主に外気温の変化を通じて体温を調節しており、その典型的な例が変温動物です。温度の影響を非常に受けやすく、オスとメスの孵化にも温度が関係しています。生物の別の部分は代謝によって体温を維持します。典型的には哺乳類で、氷や雪であろうと灼熱の太陽であろうと、長時間一定の温度を維持することができます。

それは何の恐竜ですか？彼らは移行段階にあり、それらすべてを備えている可能性があります。なぜなら、恐竜は数え切れないほどの種類を持つ目であり、今日の地球の生態系と同じように、あるものは内温性、あるものは外温性であり、別の言葉で説明する必要がある巨大なもの、つまり巨大な温度（中温動物とも呼ばれる）もあります。メガサーミアとは何ですか?

寒い場所に生息する動物は体が大きいという、ベルクマンの法則という生物学上の理論を誰もが覚えていると思います。原理は比表面積の問題です。理論上の球形の鶏を例に挙げてみましょう。

球の表面積は、 4πr^2という式で計算されます。ここで、rは球の半径です。

球の体積計算式：Vsphere = (4/3)πr^3 、rは球の半径

球の相対表面積は3/rです。つまり、相対的な表面積は半径に反比例します。直感的には、下の図のようになります。半径が大きくなるにつれて、体積は表面積よりもはるかに速く増加します。

両者の比率、つまり相対的な表面積の変化の傾向は、半径が増加するにつれて、相対的な放熱面積が大幅に減少することを意味します。

恐竜の場合、その巨大な体の大きさがスケール効果を生み出し、非常に大きな温度耐性を生み出しました。一部の恐竜は、その巨大な体格の利点により、熱の放散を抑え、体温を良好に保つことができました。恒温動物のように体温を維持するために代謝を高める必要はなく、変温動物のように日光によって変化することもありません。

そのため、巨大恐竜は体積効果により非常に高い温度になり、エネルギー消費量が実際に減少しました。

04.現代の巨大生物

現代の大型生物としては、爬虫類は少なく、クジラやゾウに代表される哺乳類が多くなっています。実際、よく比較してみると、これらの巨大動物は基本的に草食であるか、特に捕まえやすい生き物を食べていることがわかります。なぜ？鍵となるのは食べ物です。

大量の食物を必要とする巨大な生物。一日中食べ続ける象のような動物だけが、その巨大な体型を維持することができます。しかし、象はそのくらいの大きさしかできず、それ以上大きくなることは難しいでしょう。

しかし、クジラは例外です。なぜ？それは海のせいです。

物理学における比熱の概念を覚えていますか?水の比熱容量は 4.2*10^3 ジュール/キログラムで、多くの固体の比熱容量よりもはるかに高くなります。比熱が高いため、水体の温度変化が少なくなり、温度調節能力が強くなります。地球全体の温度維持も、ある程度は水に関係しています（もちろん、その根源的な力は太陽です）。

クジラの進化の道

クジラのような哺乳類は、海に住むことで水温の小さな変化を利用できるため、体温を維持するために代謝を大幅に高める必要がありません。もちろん、クジラ自身もある程度は高体温症になっていると思います。

はい、以上です。結論を述べさせてください。

先史時代の昆虫が巨大になった要因の一つは酸素でした。先史時代の恐竜の場合、その巨大化の要因は食物と高温でした。現代の哺乳類の場合、その巨大な体格につながった要因は、やはり食物と気温です。もちろん、恐竜が生きていた時代は、酸素濃度が今よりも少し高かったので、何らかの利点があったのでしょう。

1. Holland H D. 大気と海洋の酸素化[J]ロンドン王立協会哲学論文集B：生物科学、2006年、361(1470):903-915。