耳の前に小さな穴があいていますか？これはあなたの魚の祖先があなたに残した記念碑です。

一部の人の耳の上に、ほとんど目に見えないほど小さい穴が二つあることに気づいたでしょうか。これらの小さな穴は何ですか？

図1 人間の耳にある「小さな穴」

（画像出典：参考文献[1]）

実際、耳にあるこの穴は人間によく見られる先天性の発達障害で、医学的には「先天性耳介前瘻」と呼ばれています。人間の胎児が発育の 4 週目に達すると、魚の鰓弓や鰓裂に似た構造がまだ発達します。しかし、胚発生の後期には、これらの構造は治癒し、顎、中耳腔、3つの耳小骨、喉頭軟骨などの器官に発達します。しかし、後に「第一鰓裂」が完全に閉じないと、耳にこのような小さな穴が残ってしまいます。

そのため、アメリカの発生生物学者ニール・シュービンは、耳の小さな穴は「魚のえらが残した進化の名残」であり、「魚から人間への進化」の証拠であると考えている。

図2 人間の耳にある小さな穴は、胎児期に最初の鰓裂が完全に治癒しなかった結果であり、「魚の鰓が残した進化の名残」と見ることができます。

画像出典：（参考文献[3]）

では、私たちの「魚の祖先」には「耳」と小さな穴があるのでしょうか?答えは「はい」です。

パート1

魚の「耳」と小さな穴はどこにあるのでしょうか?

魚にも「耳」はありますが、人間とは異なり、中耳や外耳はありません。彼らには頭蓋骨の奥深くに埋め込まれた内耳しかありませんが、その構造ははるかに単純です。したがって、ほとんどの生きている魚の耳は外界と「通信」することはなく、音波は通常、耳の領域にある薄い頭蓋骨を通じて内耳に伝達されます。

図3 魚の「耳」 - 内耳

(画像提供: ビル・ブレイザー)

魚の内耳の機能は人間のものと同じです。1つは音を聞くこと、もう1つは体のバランスを保つことです（そうです、人間の内耳も体のバランスを保つことができます）。また、魚類の側線組織は比較的発達している。レーダーのように、振動する物体の方向を正確に判断し、内耳と連携して、泳ぐ、生きる、狩りをする、敵から身を守るといった魚の生存スキルを完成させることができます。

中耳と外耳がないのに、魚の内耳はどのようにしてこれらの機能を果たすのでしょうか?これは魚の内耳の構造に関係しています。

魚類の内耳は、球形嚢、楕円体、3つの三半規管、内リンパ管を含む複雑な迷路構造を持っているため、膜迷路と呼ばれています。第 8 脳神経である聴神経によって支配され、さまざまな形や大きさの耳石が含まれています。膜迷路は内リンパと呼ばれる特殊な液体で満たされています。外部の音波が魚の内耳に伝わると、内耳の内リンパが振動し、内耳の感覚細胞を刺激し、聴神経を通じて脳に伝達されて反応し、聴覚の全プロセスが完了します。

魚類には人間の中耳にある聴骨や鼓膜がないため、音の送信機や増幅器がなく、受信した音を増幅することができません。しかし、フナやナマズなどの骨のある浮袋を持つ魚の中には、浮袋と浮袋骨という二次的に発達した音の送信機と増幅器を持つものもいます。浮き袋には空気が豊富に含まれており、外部からの振動が浮き袋を太鼓のように叩きます。浮き袋壁の周囲、体幹の最初の数個の椎骨の両側には、浮き袋骨と呼ばれるいくつかの小さな骨があり、ウェーバー器官としても知られています (図 3)。これは、振動を内耳に伝達し、音の振動の知覚を完成させるために使用されます。これは人間の耳（外耳と中耳）に似ています！

魚には「耳」の他に小さな穴もありますが、「耳」に直接穴が開いているわけではありません。

人間を含む四肢動物、ほとんどの硬骨魚類、現生の無顎哺乳類では、内リンパ管は閉じられており、外界とつながっていません。これを閉鎖内リンパ系と呼びます。閉鎖内リンパ系は生物の内部環境の安定性を維持することができます。例えば、人間の内耳にある膜迷路や内リンパ液の圧力が不均衡になると、「メニエール症候群」と呼ばれるほぼ治癒不可能な内耳疾患を引き起こし、突然のめまい、耳鳴り、難聴、眼振などの症状が現れ、患者に極度の苦痛を引き起こします。

対照的に、現生の軟骨魚類、ほとんどの装甲魚類、および一部の無顎装甲魚類は開放型内リンパ系を有しており、つまり、内耳は頭蓋骨の上部を貫通する小さな垂直管（内リンパ管）を介して外界とつながっています。魚の頭蓋骨の上部にある一対の開いた穴は、内リンパ管の外部開口部であり、魚の内耳が外界と「通信」するための唯一の経路です。この一対の小さな穴を通して、内耳の膜迷路内の内リンパ液は外部の水と連通することができます。同時に、水中のミネラル粒子もこの一対の小さな穴を通って内耳に入り、外因性の耳石になることがあります。

図4 初期脊椎動物における内耳と内リンパ管の外部開口部の進化

AC．ヌタウナギ類（D）、ヤツメウナギ類（E）、ヤツメウナギ類（F）、オステオストラカン類（G）、板皮類（H）を含む現生軟骨魚類の内耳構造。 (IL)、サカバンバスピス (I)、シュユ (J)、アテレアスピス (K)、ディクソノステウス (I) の頭頂部にある内リンパ孔。

（画像出典：参考文献[4]）

パート2

小さな穴を持つ「魚の祖先」が内リンパ系の秘密を明らかにする

なぜ人間のような生物は閉鎖された内リンパ系を持ち、一方で他の生物は外部への開口部を必要とするのでしょうか?最近の研究がこの疑問に答えてくれるかもしれない。

最近、中国科学院古脊椎動物・古人類学研究所は、初めて大容魚類の新種「Dayongaspis colubra」を発見した。これはシルル紀秀山層における装甲魚類の化石の初めての発見である。

他の種類のダヨン魚類の化石と比較すると、甲羅の背面にある一対の保存状態の良い小さな穴など、ダヨン魚類のより原始的な特徴が明らかになった。これらの穴は、内耳の近くにある第2正中横交通管のすぐ前にあり、ダヨン魚の内耳にある内リンパ管の外部開口部を表している可能性がある。

図5 コブラダヨンユの化石の写真と、その頭部にある一対の「小さな穴」のクローズアップ

(写真提供: 写真提供: Gai Zhikun)

図6 コブラフィッシュの復元

（写真提供：Guifang Hui）

図7 コブラフィッシュの生態学的回復

（写真提供：石愛娟）

今回、研究チームはコブラダヨン魚の頭の甲羅の裏側に小さな穴を発見した。これらの小さな穴は、シルル紀初期の装甲魚類（長興魚、蜀魚、安吉魚など）の頭装甲の背面にも存在します。したがって、この一対の小さな穴は、装甲魚類の原始的な特徴を表しているのかもしれません。

つまり、外部に開口部を持つ生物はより原始的であり、閉じたリンパ系を持つ生物はより完全に進化しているということです。

しかし、魚の内耳の「開放型」内リンパ系と「閉鎖型」内リンパ系のどちらがより原始的であるかは、学界で長年議論されてきたテーマである。

フランスの古生物学者ジャンヴィエは、現生の無顎類のヌタウナギやヤツメウナギの閉鎖した内リンパ管系は脊椎動物の原始的な状態を表している可能性があると考えていたが、スウェーデンの古生物学者ジャーヴィクは、ヤツメウナギの閉鎖した内リンパ管は、成体よりも幼生期の方が長いことを発見したため、二次的な退化の結果である可能性があると考えていた。イギリスの古生物学者ガーディナーもまた、現生の条鰭類の閉じた内リンパ管は原始的な特徴ではなく二次的な退化の結果である可能性があると考えていた。なぜなら、原始的な条鰭類の一部であるアキペンセルに内リンパ管の外部開口部がまだ存在していることを発見したからである。

真実とは何でしょうか？

パート3

間違った穴

問題の根本を突き止めるには、間違って開けられた小さな穴から始める必要があります。

同様の小さな穴がオルドビス紀のアランダイクティスとサカバニクティスの頭蓋骨にも存在が報告されているが、著者らはこれを松果体孔であると解釈した。

松果体孔は初期の脊椎動物のもう一つの重要な特徴です。頭の前部の背側正中線に位置します。これは、間脳の上部から突出し、基本的には脳の一部である傍松果体または松果体の開口部です。したがって、松果体孔はさまざまな脊椎動物で完全に相同な構造ではなく、むしろ傍松果体または松果体の 2 つの突起のいずれかから生じる開口部です (ただし、主要な突起は松果体です)。

脊椎動物には通常、頭頂軟骨にある松果体の開口部である松果体孔が 1 つだけあります。両目の間にあり、光を感知することができるため、脊椎動物の「第三の目」となっています。

松果体孔と内リンパ孔はどちらも小さな開いた穴ですが、その位置と機能は非常に異なります。

オルドビス紀のアランダイクティスとサカバンバミクティスは、世界で知られる最も古い、比較的完全な装甲魚類です。この2つは近縁であると考えられており、アライグマ科に属します。松果体孔と呼ばれる小さな穴は、目からは非常に遠いものの、内耳に非常に近いため、脊椎動物の松果体孔の通常の位置に対応することが困難です。一対の孔は左右対称のパターンで配置されており、装甲魚類、硬骨魚類、板皮類の一対の内リンパ外開口部と非常によく似ています。

図8 サカバンバ魚の頭頂部にある一対の小さな穴は、松果体孔ではなく内リンパ孔である可能性がある。

（画像出典：参考文献[2]）

そのため、中国科学院古脊椎動物学および古人類学研究所の研究によると、アランダ魚類のいわゆる「松果体孔」は、実際には松果体孔ではなく、一対の内リンパ孔である可能性があることがわかりました。アランダイ科の真の松果体孔は、おそらく両眼の中間の松果体板に位置していたと考えられる。

この発見は、脊椎動物の開放型内リンパ管系がオルドビス紀にはすでに出現していた可能性があり、二次的な退化の結果ではないことを示しています。これは、魚類の内耳の「開放型」内リンパ系と「閉鎖型」内リンパ系のどちらがより原始的であるかという疑問に答え、開放型内リンパ系が脊椎動物の原始的な状態を表していることを示しています。

進化の過程で内リンパ系がどのようにして本来の開放状態から閉鎖状態へと変化したかについては、まだ結論が出ていません。しかし、このような変化は生物にとって大きな利益をもたらします。前述の通り、生物の内部環境の安定性を維持することができます。閉鎖型内リンパ系により、生物は水への依存から解放され、その後の着陸のための条件が整い、より広い環境に適応できるようになると考えられます。

結論

現生の顎のある脊椎動物に最も近い無顎類の祖先の一つである装甲魚類は、顎のある動物の起源と解剖学上の重要な特徴を理解する上で大きく貢献してきました。今回、コブラフィッシュの発見により、内リンパ系の開放状態がより原始的であるという答えが得られました。古生物学者による装甲魚類の研究は今後も続けられるだろう。今後、装甲魚類の化石が次々と発見されれば、魚類から人類への進化の過程の秘密がさらに明らかになると信じています。

参考文献:

[1]Cho, YJ, Min, HJ and Kim, KS, 2022.耳介前瘻の2つの症例の相違点。耳鼻咽喉科ジャーナル、101(7):NP276-NP278.

[2]Gai, ZKとZhu, M.、2017。「中国における無顎類の進化史と化石記録」中国における古生物学に関する厳選された研究。上海科学技術出版社、上海、314ページ。

[3]シュビン、N.、2008年。あなたの内なる魚：人体の35億年の歴史への旅。パンテオンブックス、ニューヨーク。

[4]張 勇、李 暁、山、

この記事に関連する研究は、国際学術誌「Historical Biology」に「中国湖南省シルル紀秀山層から発見された初のガレアスピス科魚類（茎顎口類）」と題してオンラインで公開されました。著者は、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の大学生を対象とした2022年度「科学技術イノベーションプログラム」に選ばれた江西師範大学の学部生、張玉夢さんと李旭同さんです。研究員 Gai Zhikun 氏の指導のもと完成しました。

制作：中国科学普及協会

著者：張夢夢（江西師範大学）

志坤蓋（中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所）

プロデューサー: 中国科学博覧会

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。

この記事は中国科学博覧会（kepubolan）に最初に掲載されました。

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