爬虫類は陸から海へ移動する際にどのような課題に直面するのでしょうか?

2024年8月27日、北京大学地球宇宙科学学院の江大勇教授は、中国貴州科学普及特別イベントで「災害後の海に向かって生きる」と題する講演を行った。

知的な人間として、私たちはしばしば自分自身の存在について考え、自分のアイデンティティ、起源、未来について自問し、どのような変化を経験するかを考えます。これらの質問には、実は人生の本質についての探求が含まれています。

生命の多様性と性質を理解するには、地球上の生命についてさらに深く調べる必要があります。その中で、古生物学の研究は重要な役割を果たしています。古生物学の研究は、生命の変化、生命と環境の関係、そして重要な時間枠についての理解をもたらしてくれるからです。現時点におけるすべての生命現象と生命法則に重点を置く現代生物学と比較すると、古生物学には追加の時間スケールがあります。これを通して、私たちは生命の過程をより包括的に理解することができます。生物の進化のプロセスは単純な直線的な変化でも、単一の螺旋線でもありません。これには、ゆっくりとした蓄積プロセスと大きな突然変異の両方が含まれます。

地球の誕生から

地球は46億年前に誕生し、細菌やシアノバクテリアなどの原始的な単細胞原核生物を含む最古の生命は38億年前に出現しました。

100億年以上の進化を経て、私たちは徐々に原核生物から真核生物へと進化し、さらに多細胞生物へと進化しました。地球上で雪玉現象が起こった後、地球全体が氷と雪に覆われ、多細胞生物が繁栄し始めました。

約5億3000万年から5億2000万年前にカンブリア爆発が起こり、今日のすべての高度な分類群が地球上に出現した大きな進化の出来事が起こりました。

カンブリア紀以前の時代は、生命体が比較的単純で化石記録が比較的少なかったため、未確認生物時代と呼ばれていました。カンブリア紀の前後の時代は顕生代と呼ばれていました。これは、カンブリア爆発の後、硬い骨格を持つ生物の出現など、生命体がより多様化し、カンブリア紀とその後の時代の化石記録が比較的完全であったためです。

カンブリア紀から始まる古生代は海洋無脊椎動物の時代と考えられています。これらの海洋無脊椎動物には、三葉虫、腕足動物、二枚貝、四面体サンゴなどがあり、古生代（5億2000万年前から2億5200万年前）に繁栄しました。

カンブリア紀になると、生命体は徐々に複雑化し、多数の化石が残され、生命の進化の速度が徐々に加速していったことが証明されました。古生代は主に海洋無脊椎動物が優勢であったが、カンブリア紀には澄江動物相に最も原始的な脊索動物が出現した。

時間の経過とともに、脊椎動物は徐々に発達しました。デボン紀には魚類が優勢となり、デボン紀後期には一部の魚類が四肢を発達させて陸に上がり、両生類へと進化しました。植物も進化を遂げ、シルル紀初期には陸上に進出しました。初期の海藻から陸上植物へと徐々に進化し、地球を緑豊かな環境に変えました。

石炭紀までに両生類は爬虫類へと進化し、より強い骨と賢い脳を持つより進化した動物となった。

ペルム紀の終わりに、地球史上最も重要な大量絶滅が起こりました。しかし、爬虫類は大量絶滅後の三畳紀に大きく発展し、最終的には中生代の主な支配者となった。

中生代には、恐竜が陸を支配し、魚竜や首長竜などのさまざまな海生爬虫類が海を占領し、翼竜や鳥類が空を支配していました。同時に、哺乳類の祖先も中生代に誕生しました。白亜紀末期に大量絶滅が起こりました。大量絶滅の後、哺乳類は新生代に発達する機会を得て、最終的に現代人類へと進化しました。

一般的に、生物学的進化は直線的な変化ではありません。その複雑さは木に例えることができ、それぞれの枝は生命体の種類を表しています。しかし、化石記録の複雑さは、生命の進化に関する私たちの理解が依然として限られていることを意味します。同時に、地球のプレートの動きや環境の変化も生物の進化の過程に影響を与えています。生物の進化を完全に理解するには、環境、気候、地質などの複数の要因を総合的に考慮する必要があります。このようにしてのみ、私たちは人生の本質を真に理解することができるのです。

大量絶滅：災害とチャンス

2億5200万年前のペルム紀末に大量絶滅が起こりました。この絶滅はシベリアの大きな火山の噴火によって引き起こされたのではないかと推測されている。

この大量絶滅は地球の歴史上最も重大な出来事でした。この大量絶滅の間に、海洋生物の約 95% が絶滅しました。例えば、カンブリア紀に繁栄した三葉虫や古生代に繁栄した四葉サンゴは完全に絶滅しました。同時に、地球環境も高温、酸素不足、海洋酸性化などの劇的な変化を経験し、地球の生態系の壊滅的な崩壊につながっています。

これは地球上の新しい時代、中生代が始まったことを示しています。

中生代は爬虫類の時代であり、前例のないほど繁栄し、有名な「恐竜時代」を形成しました。恐竜は直立歩行が可能で、陸上を支配することに成功した二足歩行の爬虫類です。爬虫類が陸上生活に適応できるのは、羊膜卵を産むため、胚や個体の発育過程が外部の水環境に制限されず、卵の自律的な孵化が実現できるからです。この特徴は、爬虫類が中生代に地球上で優勢な種となるための基礎と物質的基盤となった。

災害とチャンスは共存することを強調する必要がある。この大量絶滅の間に、いくつかの生物は進化する機会も得ました。例えば、爬虫類は極度の暑さにうまく耐え、大きな発展の時代を迎えました。

中生代の最初の期間は三畳紀であり、その後にジュラ紀と白亜紀が続きました。

三畳紀以降、生命は大量絶滅後の回復を経験しました。この期間中、爬虫類は放散発達の時期に入り、いくつかの分岐は海洋、陸地、空に向かって進化し始めました。陸上での恐竜の出現は、内陸での爬虫類の発達の始まりを示しました。ペルム紀末の絶滅から約300万年から400万年後の三畳紀初期に、最初の魚竜が海に出現しました。三畳紀後期には、一部の爬虫類が翼竜に進化し、空を飛ぶようになりました。当時の地球上の高温と酸素不足という極端な環境圧力により、これらの爬虫類の一部は海洋へ移動し、海生爬虫類へと進化しました。ジュラ紀には、羽毛恐竜の一部が翼を生やして鳥に変身し、空を飛び回りました。空を飛んだ爬虫類は翼竜だけではなく、現代の鳥類もいました。

言い換えれば、この大量絶滅は、海の爬虫類、陸上の恐竜、空の翼竜など、爬虫類の多様な進化の道を生み出したのです。この壊滅的な環境変化の中で、爬虫類は異なる生態系にうまく適応しました。

陸上の動物が海での生活に適応する上で、どのような課題に直面するのでしょうか?

爬虫類は真の陸上動物であり、ワニやカメの中には水中で生活できるものもありますが、それでも陸上動物です。

しかし、陸生動物である爬虫類は、どのようにして海での生活に適応するのでしょうか?たとえば、今日の海に生息する爬虫類にはカメが含まれ、哺乳類にはイルカやクジラが含まれます。ドラゴンも哺乳類も有羊膜類であり、典型的な陸生生物です。人間も青い海で泳ぐことを夢見ますが、現実には装備がなければ、人が水中に留まれる時間は非常に限られています。

海洋環境は、陸上動物に比べると、あらゆる陸上動物にとって非常に厳しい環境です。

まず、海の中では光が徐々に暗くなり、陸上よりもはるかに暗くなります。この光の変化は、生物の生活に影響を与えるだけでなく、明るい日光の下では一般的に幸せな気分になるため、私たちの気分にも影響を与えます。さらに、水中での呼吸方法も変化しました。今度は水面の空気を吸わなければなりません。同じことは、海に生息するドラゴンや哺乳類にも当てはまります。また、呼吸するために定期的に水面に戻る必要があります。さらに、水中での音の伝わり方は空気中の音の伝わり方と大きく異なるため、これにも適応する必要があります。

第二に、水中を歩くことは陸上を歩くこととは全く異なる体験であるため、陸から海への移行に伴って移動方法も変化します。同時に、海で食べることは、水中で食べると窒息する可能性があるなど、課題も抱えています。

さらに、繁殖パターンの変化も重要な課題です。海洋生物はさまざまな繁殖方法に適応する必要がありました。例えば、魚竜は中生代の典型的な海生爬虫類ですが、卵を産むために陸に上がることはできなくなりました。別の例として、魚竜や首長竜などの爬虫類は、陸上での卵生ではなく、胎生など、水生環境に適した方法を採用していた可能性が高い。これらの種は絶滅していますが、現代の生命現象を観察すると、海での彼らの生活様式は胎生に適応している可能性があると推測できます。

一般的に、陸から海へのプロセスはあらゆる生物にとって挑戦であり、さまざまな環境の変化に適応する必要があります。

著者: 江大勇、北京大学地球宇宙科学学院教授