あなたの中耳はかつて魚のえらだったのでしょうか？この進化のプロセスは冗談ではありません!

人間の中耳

聴覚の重要な器官である

自然界における進化の起源を探る

常に注目を浴びる

現在、人間の中耳が魚の噴気孔から進化したことを証明する十分な胚および化石の証拠があります。しかし、魚の噴気孔がどこから来るのかは、学界を100年も悩ませてきた1世紀も昔の問題である。

最近、中国の科学者らが浙江省長興市と雲南省曲靖市で収集された4億年以上前の古代魚類の化石の詳細な研究を主導し、魚類の噴気孔が最初の一対のえらから進化したことを確認した。また、化石証拠を通じて、人間が聴覚のために使っている中耳が、魚が呼吸するために使っていたえらに由来していることを科学界が明らかにしたのもこれが初めてである。

今日は以下のことを学習します。

魚の噴気孔はどこから来るのでしょうか?

魚のえらはどのようにして噴気孔に進化したのでしょうか?

えらから耳までの進化の順序はどのように確立されたのでしょうか?

初期の理論

中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の研究員、蓋志坤氏によると、魚類の背中の目の後ろと下顎弓と舌弓の間に穴があるという。これは魚類の重要な呼吸器官である噴気孔です。噴気孔は、実際には魚が呼吸するための水の入口となる穴です。それは魚のえらとは全く異なります。偽鰓しか持たず、酸素交換はできない。

魚の噴気孔の進化に関しては、フランスの解剖学者サン＝シランが1822年に古典的著作『解剖学の哲学』を出版し、ドイツの解剖学者カール・ゲンゲバウアーが1872年に脊椎動物の頭部分節説を提唱した後、イギリスの古生物学者ワトソンが1937年にさらに「自由舌弓説」を提唱し、初期の顎魚類の原始的な状態は、噴気孔ではなく、顎弓と舌弓の間に完全で退化していない鰓裂を持っているはずであると信じていました。

この理論は、20 世紀の古生物学者にインスピレーションを与え、初期の顎を持つ哺乳類の上顎弓と舌弓の間に退化していない鰓裂を探すきっかけを与えました。しかし残念なことに、1世紀に及ぶ調査の後、さまざまな国の古生物学者が現生の無顎魚、棘魚、軟骨魚、硬骨魚の化石を注意深く調査しましたが、明確な化石証拠は見つかっていません。

実践検証

2002年以来、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の研究チームは、浙江省長興市のシルル紀初期（約4億3800万年前）の海洋赤色地層で現地調査を行い、最も原始的な真の装甲魚類の化石を発見しました。この化石は後に「オーロラ魚」と名付けられました。

徹底的な研究により、甲羅魚の目の後ろにある鰓嚢は、上顎弓と舌弓の間に位置する舌下顎嚢であり、その後ろにある5つの鰓嚢と何ら変わらないことが判明しました。頭甲の腹側に開口しており、噴気孔のように頭甲の後ろ側には開口していない。したがって、基本的には、甲羅魚類の舌下嚢は退化していない鰓嚢のままであると判断される。

「しかし、それが正常な呼吸機能を持つ鰓であることを証明するには、一連の証拠の最後のリンク、つまり鰓嚢内の鰓糸の化石証拠を見つけることがまだ足りない。」

蓋志坤氏は、研究チームが「古代魚類王国」や「人類の祖先の発祥の地」として知られる雲南省曲靖市に注目したと述べた。曲靖の初期デボン紀（約4億1900万年前）の地層での数年間にわたる現地発掘作業を通じて、私たちは2017年に、目の後ろにある第一鰓嚢に鰓糸が完全に刻印された、甲羅の広いカメの初めての新しい化石材料を収集する幸運に恵まれました。

研究チームはさらに詳細な分析を通じて、甲羅魚の目の後ろにある第一鰓嚢は退化した噴気孔ではなく、正常な呼吸機能を持つ鰓であることを証明し、「魚類などの脊椎動物の噴気孔は退化した鰓に由来する」という主張に最も決定的な解剖学的および化石的証拠を提供した。

進化のシーケンスを構築する

中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の研究員である蓋志坤氏は、1世紀に及ぶ科学的問題を解決した化石証拠に基づき、研究チームは顎のない魚から四肢動物までの噴気孔の進化過程を明確に提唱し、顎のない魚のえらから人間の中耳までの噴気孔の進化順序を確立したと述べた。

装甲魚類では一対の鼻嚢が分裂し、頭部装甲の前に異常に大きな背側の開口部（単一の鼻孔）が発達し、水を吸入するための主な呼吸器官として機能しました。そのため、上顎弓と舌弓の間の舌上顎嚢が初めて完全な鰓嚢に発達した。この鰓嚢は、その後ろにある 5 つの通常の鰓嚢と同様に、前半分と後半分の鰓が完全に位置しています。半鰓には鰓糸があり、酸素交換の主な場所です。

顎と二重の鼻孔の起源により、顎のある魚は二重の鼻孔をうまく進化させましたが、二重の鼻孔は口とつながっておらず、呼吸機能はなく、嗅覚機能のみを持っていました。しかし、魚の呼吸の必要性は減っていないため、目の後ろにある第一鰓嚢（舌上顎嚢）が噴気孔に変化し、主な呼吸器官となりました。これは、最も原始的な顎板皮類ではすでに起こっていた。なぜなら、最も原始的な板皮類であるカルカッシクティス（キジ科）と最も進化した板皮類であるキリニクティスは、どちらも噴気孔を持っていたからである。したがって、噴気孔はおそらく顎と二重の鼻孔の出現と同時に顎のある魚に出現したと考えられます。

軟骨魚類では、噴気孔は主に水を吸い込むために使用されますが、初期の硬骨魚類では、噴気孔は主に空気を呼吸するために使用されており、これにより魚が陸に上がって空気を呼吸するための前提条件が整いました。肉鰭類（ケンプの魚など）の内鼻孔の起源により、鼻腔と口腔の間の通路がうまく開かれ、鼻孔が主な呼吸器官となり、魚が陸上に上がって肺呼吸するための基盤がさらに築かれました。

陸上に上陸した四足動物はまったく新しい環境に直面し、空中でよりよく生き残るために新しい感覚器官を発達させなければなりませんでした。このような状況の中で、呼吸機能を失った噴気孔は再利用され、徐々に人間の中耳腔の鼓室へと進化し、一方で上顎舌骨の方形骨と関節骨およびその関節は徐々に退化して小さくなり、最終的に中耳に入り、音を脳に伝える役割を担う3つの聴耳小骨へと進化しました。これらはアブミ骨、ツチ骨、キヌタ骨と改名され、人間はようやく敏感な聴覚を持つようになりました。

「鼻をつまんで口を閉じ、強く息を吹き込むと、鼓膜が膨らむのを感じるでしょう。これは、耳と口がまだつながっていることを示しており、それらをつないでいるのは、もともと噴気孔から口につながっていた耳管です。これも魚類が私たちに残した進化の遺物の一つです」とガイ・ジークン氏は語った。