誰かがあなたのことを「死んだ魚のような顔」だと言ったとしても、それはおそらく侮辱ではないでしょう...

より広い視点から見ると、魚の噴気孔の進化は、魚から人間への進化におけるいくつかの重要な飛躍に関係しており、私たち人間とも密接な関係があります。

記者：段然 執筆：劉兆 編集：

専門家へのインタビュー

朱有安（中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所准研究員）

最近、中国科学院の古代魚類研究チームは、わが国で発掘された4億年以上前の古代魚類の化石を詳細に研究した結果、魚類の噴気孔が酸素を吸収する機能を持つ鰓構造から進化したことを示す化石証拠を発見したと発表し、古生物学者が100年以上提唱してきた、魚類の噴気孔は一般的な鰓孔または鰓裂から進化したという仮説を裏付けた。

結論だけから判断すると、これは魚類の進化におけるほんの小さな一歩に過ぎないようです。しかし、より広い視点から見ると、魚の噴気孔の進化は、魚から人間への進化におけるいくつかの重要な飛躍に関係しており、私たち人間とも大きく関係しています。

多くの読者は疑問を持つかもしれません。私たちは魚の噴気孔の起源を研究しているのではないですか?それは人類の進化とどのように関係しているのでしょうか?実際、人間の聴覚システムの重要な部分である中耳は、魚の噴気孔から進化しました。そして、私たちの顔全体の重要な器官、目、鼻、口、耳に視野を広げると、実際に数十億年前の古代の魚の中にそれらの進化の起源を見つけることができます。私は額から始めて、あご、さらには首まで手を撫でました。人間の感情と知恵を反映するこの重要な領域は、実は遠い魚類の祖先が私たちに残した進化の遺産なのです。

▲体長約5cmのヒラメの復元図。目の前の楕円形の穴は口ではなく鼻孔です。ほとんどの顎のない魚と同様に、口は頭の下にある（図/B.Choo）

魚は次第に「顔」を見せるようになる

現代の主流生物学によれば、人間を含むすべての陸生脊椎動物は古代の魚類から進化した。私たちの基本的な生理学的構造の多くは、胸びれや腹びれから進化した四肢など、古代の魚類にまで遡ることができます。そして、複雑な顔の構造：顔の特徴と顔の筋肉は協調して一貫しており、呼吸や食事などの基本的な生理的ニーズを満たすだけでなく、外部情報を受信して​​処理し、フィードバックを出力する窓口となり、喜び、怒り、悲しみ、恐怖などの感情を表現したり、アイデンティティを認識したりするための重要な伝達手段にもなります。これは人間の社会生活に高度に適応した部分ですが、その基本的な構造は数十億年前の古代魚類ですでに設計されていました。

「魚から人間へ」という進化の道筋に沿って人間の顔の本当の起源を探りたいので、まずは魚とは何かを明らかにしなければなりません。魚の定義にはいくつかの異なる解釈があります。 「一つのアプローチは、進化の観点から見ることだ。四足動物ではなく、陸に上がったことのない脊椎動物はすべて魚類とみなされる」と中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の準研究員、朱有安氏は記者団に説明した。 「もちろん、伝統的なリンネの分類システムのように、硬骨魚類と軟骨魚類のみを含む狭い定義もいくつかあります。」

魚をどのような角度から定義するにせよ、魚の顔を人間の顔の本来の状態とみなすのは、やはり少々信じ難いことである。朱有安は、興味深い比喩を使って、人間の顔と魚の顔の潜在的なつながりを鮮やかに説明した。「『西遊記』に登場する魚の怪物、バボルベンとベンボルバを見てください。普通の人は、比較的簡単なメイクや帽子をかぶるだけで、魚の怪物の特徴を表現できます。しかし、劇中のエビの兵士やカニの将軍は、そう簡単には表現できません。」

また、ニモや『ファインディング・ニモ』のカクレクマノミ、インターネット上で自虐やパロディーに使われる「塩漬けの魚の顔文字」など、私たちは現実の生活でも魚の擬人化されたイメージに頻繁に接しています。これらの背後には、実は避けられない進化のつながりが存在します。

魚と人間の単純な区別からすべての脊椎動物に視野を広げると、現代の魚であれ、鳥や陸上の動物であれ、すべての脊椎動物は独自の「顔」を持っており、顔について語るときには頭について言及しなければなりませんが、脊椎動物の顔は頭の前端に位置しています。

伝統的な生物学的分類によれば、脊椎動物は脊索動物の亜門であり、他の亜門には尾索動物、頭索動物などが含まれる。朱有安氏は記者団に対し、「脊索動物綱では脊椎動物だけが頭部を持つため、脊椎動物は進化論において頭索動物とも呼ばれている」と語った。

脊椎動物以外の多くの脊索動物は、体の前端に神経節や感覚器官が集中していません。平たく言えば、彼らには「頭がない」のです。例えば、脊索動物の中のナメクジウオは、頭も脳もない小さな生き物です。脊椎動物は異なります。体の前部にある脳などの複雑な神経系を統合して頭部の構造を形成します。

頭とともに、多くの感覚器官も頭の周囲に「配置」され始めます。外部刺激信号を受け取るために使用されるこれらの感覚器官は、異なる役割分担に応じて徐々に 3 種類の器官に進化しました。1 つは光学感覚器官、つまり目です。 1 つは、嗅覚や味覚を感知するために使用する鼻や舌などの化学感覚器官です。 「もう一つのタイプは機械的受容器です。魚類におけるこの受容器の現れの一つは側線構造で、水圧の変化や振動を感知することができます」と朱有安氏は語った。私たちの聴覚器官である耳は機械的な受容器です。耳の進化は魚の側線と密接に関係しており、これについては以下で詳しく説明します。

顎の出現：顔面の進化における画期的な飛躍

思考中枢とこれら3種類の感覚器官によって、魚の顔の特徴は次第に明確になり、「頭と顔」を持つ生き物になりました。しかし、この時代の原始的な魚には、顔の重要な部分である顎、つまり口の上部と下部にある骨と筋肉組織がまだ欠けていました。

多くの原始的な魚類には上顎と下顎がないため、現代の魚類や人間のように口を開けたり閉じたりする能力を持つことは不可能です。例えば、5億年前のカンブリア紀に生息していた昆明魚や海口魚、オルドビス紀やシルル紀に繁栄した甲冑魚など、顎さえない原始的な魚は、顔の輪郭がまだはっきりしていません。

原始的な魚が呼吸に使用していた鰓の機能が退化し始め、鰓弓の一部が徐々に顎の構造へと進化し、最初の完全な顎を持つ魚が誕生したのは、約4億3000万年前になってからでした。顎の出現により、今日の私たちの口の構造の基本的な原型が築かれ、種の進化において飛躍的な進歩が達成されました。

▲下顎を示す初期の全顎魚類化石標本の詳細（画像出典/Nature）

「顎のおかげで、この種の摂食はより活発になる。食べ物を噛み砕くことができるので、狩りや食事の効率が大幅に向上する」と朱有安氏は指摘した。もちろん、私たちの口は食べるためだけに使われるのではありません。激しい運動をするとき、私たちは口から激しく呼吸します。ダイビングをするときは、口の中にシュノーケルを装着します。これらすべては、口のもう一つの重要な機能、つまり呼吸を示しています。

鼻と同様に、口も重要な呼吸器官です。魚についても同じことが言えます。魚は鰓を通して空気を呼吸しますが、呼吸のために酸素を豊富に含んだ水を鰓に導く主な経路は口です。朱有安氏は「この顎のおかげで魚の口は素早く開くことができ、水をうまく吸い込んで鰓腔を通過できるため、呼吸の効率が上がり、酸素を吸収する能力も向上する」と語った。

酸素摂取能力の向上は、さらに広範囲にわたる影響をもたらします。酸素が増えると代謝効率も高まるため、脊椎動物のサイズが非常に大きくなり、より多くの生態学的地位を占め、食物連鎖の頂点に立つ条件が整います。

顎のある脊椎動物の挑戦により、オウムガイやウミサソリなど、非常に大きな体を持つ古代の無脊椎動物は、大型捕食者の地位から急速に追いやられました。

▲シルル紀最大の肉食魚 - 鈍歯を持つマクログナトゥス、体長は約1メートル（写真提供/Sci-News）

顎の出現と継続的な改良により、最終的に今日の脊椎動物の顔の基本的な輪郭が形成されました。この時点での古代魚類の祖先をよく観察すると、目、口、鼻孔の痕跡など、最も原始的な顔の特徴が現れていることがわかりますが、機能的には真の顔の特徴とはまだかなりのギャップがあります。このギャップは、内部の鼻孔と中耳の構造の出現によってのみ埋めることができます。

鼻から耳まで：陸上環境への挑戦！

まず、内鼻孔です。魚市場や水族館でよく観察すると、魚にも口の上に鼻孔があることに気がつくでしょう。しかし、彼らの鼻孔は人間の鼻とは非常に異なります。魚は主に鰓で呼吸し、口で補助されているため、鼻には当然呼吸機能はなく、嗅覚器官としてのみ存在し、鼻孔は口とつながっていません。

これにより、隠れた危険が生じます。水中の酸素含有量が不十分で、えら呼吸では酸素摂取の要件を満たせなくなったら、どうすればよいでしょうか?夏、雨が降る頃になると、多くの魚が池や小川の水面に泳ぎ出て、口で大きく空気を飲み込みます。水中の酸素含有量が低いため、このような状態に陥るのです。空気から酸素を補充するこの方法は非常に扱いにくく、長期的な解決策ではないことは明らかです。

魚類が進化を続け、陸と水の境界にある浅い水域に生息範囲を広げるにつれて、原始的な鼻孔は変化し、呼吸を含む機能にまで拡大しました。内部の鼻孔構造の出現により、元の口の呼吸機能の大部分が共有されるようになりました。 「このようにして、魚は水に浮かび、鼻孔を水面上に露出させ、内部の鼻孔を使って空気を鰓腔に導き、呼吸します。すると、口は食事など他のことに集中できるようになります。これは進化の上で大きな利点です。」朱有安は説明した。

内鼻孔の構造により、鼻はまさに呼吸器官として進化を遂げ、鼻の機能向上は将来的に魚類が浅瀬から陸に上がるための準備にもなり、脊椎動物の陸上進出への序章ともなっている。

鼻孔を除けば、耳は機能的に最も根本的な変化を遂げました。人間や陸生哺乳類の耳は聴覚器官です。目、口、鼻孔と同様に、魚類では耳も実は既に原始的な構造を持っており、すべての脊椎動物は内耳の構造を持っています。しかし、このいわゆる「内耳」は、実際には「聞く」という機能を果たすために使われているわけではありません。魚類には、すでに「聴覚」の役割を果たす他の器官があり、それが前述の魚類の側線構造です。

聴覚の本質は、空気や水などの伝播媒体内の音波によって生成される振動を感知することです。水中での音の伝播速度は空気中よりも速く、水中では空気中よりも音波を感知しやすいです。そのため、多くの魚は体の両側にある側線構造に頼って水中の音波振動を感知することができます。

では、「内耳」は何のために使われるのでしょうか? 「初期の魚類の内耳の主な機能はバランスを感知することだった」と朱有安氏は説明した。 「内耳は膜迷路と呼ばれる小胞状の構造で、内リンパ液で満たされています。膜迷路の膜上には繊毛細胞もたくさんあります。」魚が運動するとき、これらの繊毛細胞は膜迷路内の内リンパの相対的な振動によって生じる圧力を感知するために使用され、それによって体のバランス感覚を獲得します。

したがって、内耳は知覚の原理に基づいて聴覚器官に簡単に変換できます。水中環境においても、一部の魚類の内耳は聴覚を発達させており、水中を伝播する音波を感知することができ、側線器官の役割を大きく補完しています。 「フナやナマズなど、骨質の浮袋を持つ魚も、二次聴覚器官である浮袋を発達させている。この構造は空気を多く含み、外部からの振動が伝わり、太鼓のように浮袋を打つ」と朱有安氏は記者団に説明した。浮き袋自体はウェーバー器官と呼ばれるいくつかの小さな骨の上に置かれており、ウェーバー器官は内耳に振動を伝えるために使用され、音の振動の知覚を完成させます。これは人間の耳に似ています。

魚が陸地に移動し始めると、さらに複雑な状況に直面しました。空気中の音の振動を感知する必要があったのですが、空気中では音波の振動が著しく減衰し、側線がまったく役に立たなくなってしまったのです。内耳の構造だけでは明らかにその役割を果たせなかったため、噴気孔など、陸上環境に適応していない魚類のいくつかの器官が進化し始めました。 「噴気孔はもともと、初期の魚類の鰓弓の一部でした。噴気孔と呼ばれていますが、実際には主に呼吸のために鰓腔に水を引き込むために使われています」と朱有安氏は強調した。

魚が陸上環境に入ると、水中で呼吸する必要はなくなりましたが、自然はこの器官を放置しておかなかったのです。そのため、魚の頭部の構造が進化し続けるにつれて、噴気孔は魚の頭部の元々の中央の位置から、今日の耳の位置に徐々に移動し、中耳腔内の今日の鼓膜へと進化しました。もともと下顎弓の「サスペンダー」として使われていた舌骨と上顎骨も退化し、音波を伝達する耳小骨になった。そのとき初めて、中耳の基本構造が確立されました。その後の長い進化の過程で、外耳の構造が徐々に現れ、現在の耳が形成されました。

数十億年をかけて、私たちの現在の顔の基本構造は水中で形成されました。顔の進化は種の進化という壮大な叙事詩のほんの一部に過ぎないが、この道をたどり、そのルーツをたどり、魚の顔に至るまでの手がかりを見つければ、私たち自身の進化の道筋を示すパズルのピースをさらに埋めることができるだろう。