顎とあごがなければ、彼らは惨めな状態になります。

5億4100万年前に始まったカンブリア紀には、地球の海が突如活気づき、生物界全体が爆発的な進化を遂げました。特に無脊椎動物は活発な発展の兆しを見せ、さまざまな門の祖先が次々と出現しました。

同時に、脊椎動物の最も初期の代表である原始的な無顎魚類が生物界に初めて出現しました。この顎のない魚の出現は、生物界に新たな海洋生物を加えただけでなく、生物進化が新たな時代を迎えようとしていることを告げるものでもあった。しかし、彼らが海洋を支配してきた歴史はほんのわずかです。何故ですか？

顎のない魚が出現する:

脊椎動物が「第一段階」を披露

カンブリア爆発の時代に誕生した昆明魚は、最も古い原始的な無顎魚です。昆明魚の発見は、人類を含む脊椎動物の進化の歴史全体を5000万年前進させただけでなく、脊椎動物の初期進化の理論を書き換え、改善し、脊椎動物の進化に重大かつ広範囲な影響を及ぼした。それ以来、脊椎動物は進化の段階に初めて現れた新しいタイプの動物群として、生物界における重要な進化の力となった。

鳳凰昆明の魚。画像出典: シュウ・デガン、2022年

無顎動物の最も顕著な特徴は上顎と下顎がないことですが、他の多くの面でも非常に原始的です。

彼らの泳ぎの技術はあまり良くなく、前進し続けるためには主に体をひねることに頼っています。

上顎と下顎がないため、口は吸盤のようになり、食べ物を噛むことができません。彼らは、海の生物や微生物を口の中に送り込んで食物とするために、水を吸い込んだり、水の自然な流れに頼るしかありません。

彼らには真の一対の鰭がなく、軸骨格は真の骨ではなく単なる軟骨である。

顎のない魚の体は魚のような動物の体に似ています。動物分類上は魚目無顎類に分類される。実際の初期の魚よりも進化の点では原始的です。したがって、顎のない動物は最も古い脊椎動物である。

装甲魚:

オルドビス紀末の大量絶滅を生き延びた幸運な人々

シルル紀とデボン紀は魚類の時代であり、顎のない魚類と顎のある魚類の両方が大量に出現した。しかし、顎魚類との競争において、装甲魚類はかつては栄光を誇っていたものの、結局は一時的な流行に過ぎなかった。顎のない魚類は現生脊椎動物種の中ではごくわずかな割合を占めるに過ぎないが、化石記録によればこのグループは地質時代に繁栄し、当時の脊椎動物の主流となっていたことが分かっている。これらはシルル紀に大きく増加した装甲魚類です。

シルル紀の装甲魚。画像出典: ヤン・ディンホア

装甲魚類は中期カンブリア紀から後期カンブリア紀に出現した可能性があるが、中期カンブリア紀から後期カンブリア紀、そしてオルドビス紀の大部分の期間、長い間休眠状態にあり、化石もわずかしか発見されていない。オルドビス紀に発見された化石は断片的なものだけです。しかし、シルル紀からデボン紀にかけて、装甲魚類が繁栄し始め、科学者たちはこの時代からのさまざまな無顎魚類の化石を世界中で発見しました。

科学者たちは、これらの化石が骨の装甲板で覆われ、頭部と後頭部の構造がまだ分離しておらず、動きが柔軟ではなく、胴体に胸びれと腹びれがなく、体の前部に骨の板または鱗があることを発見しました。そのため、これらは一般に装甲魚と呼ばれています。

装甲魚はどのようにして生まれたのでしょうか?オルドビス紀末期には気候が劇的に変化し、ヒルナンティアン氷河期が到来し、顕生代で最初の生物の大量絶滅を引き起こし、多数の無脊椎動物が絶滅した。かつては活気にあふれていた古生代の海に、広大な生態学的空白が生じた。装甲魚は災難を祝福に変えました。氷河期を生き延びた後、彼らはついにシルル紀からデボン紀にかけて放射進化を経験しました。

装甲魚の黄金時代が到来！

化石データによると、シルル紀の装甲魚類は、装甲魚類、骨装甲魚類、異装甲魚類、花鱗魚類、無装甲魚類という主要なグループに進化し、海は装甲魚類の世界となった。

装甲魚類の全盛期を迎え、300種以上の異鱗魚類、200種以上の硬骨装甲魚類、そして100種近くの装甲魚類が進化しました。これらの「装甲」魚の大きさは様々で、小さいものは長さが数センチ、大きいものは数十センチです。外見にも大きな違いがあります。異皮の体は紡錘形で、口の周りには扇形の刃があり、食物を掻き集めるのに使われます。骨皮質には馬蹄形の頭部装甲、一対の胸鰭、および感覚器官などの複数の器官を収容するために使用されている可能性のある頭部装甲の特別な側方領域があります。

装甲魚類には多様な生活様式があり、ほとんどの種は海底に生息し、海底から有機物を濾過して生活しています。カップビートルなどの一部の種は、厚い鱗を持っていますが、ひれがなく、逆さまになった尾しかありません。強力な遊泳能力を持ち、水面で餌をとることができる、より進化した魚類。装甲魚類のほとんどは淡水に生息します。

デボン紀までに、この大規模な初期脊椎動物群は最盛期を迎え、顎のない魚のような脊椎動物の化石が世界中で発見されています。 2021年、わが国は雲南省曲靖で、約4億1900万年前の甲羅魚類の新属新種「劉鎌角魚」を発見した。

リュウグウノツカイダイの生態回復地図。画像出典: 郭暁崇

装甲魚類の繁栄の歴史は、新たなカテゴリーが出現するたびに、その発達の初期段階の個体数は常に非常に少なく、生存競争において一時的に不利な立場に立たされるという事実を改めて証明しています。私たちがその存在を発見したとき、これらの動物はすでに急速な放射線発達の段階にある場合が多いのです。そのため、化石では、あるグループの初期の原始的な代表が欠けているか、非常に稀であることが多いのです。

元「王」は排除された

装甲魚類の厚くて均一な頭部装甲、単一の鼻孔、そして鰓弓の数の増加は、高度な顎脊椎動物の出現の間に、装甲魚類が衰退し、最終的に絶滅した理由でした。

装甲魚類はシルル紀とデボン紀に大量に出現し、かつては繁栄していたが、真の対鰭を持たず、運動能力が低かった。軸骨格は、真の骨（つまり硬い骨）ではなく、依然として軟骨のみです。体の前面には大きく均一な骨板または鱗があります。古代の戦士の鎧のように身体を守る役割を果たしているにもかかわらず、不格好な鎧は身体の柔軟な動きを大きく妨げてしまいます。

特に、甲羅魚類は上顎と下顎を持たず、摂食器官としての口を効果的に開閉することができません。彼らは、食べ物を口に運ぶために吸ったり、水の自然な流れに頼ることしかできず、食べ物を濾過するためには鰓に頼っています。そのため、魚類よりも鰓の数が多く、鰓面積が体のかなりの部分を占め、頭が大きく尾が小さい不均衡な体型をしています。上顎と下顎がないため、この甲羅魚の積極的な狩猟能力は制限され、餌の範囲も非常に狭いため、「発展の見込み」はない。

装甲魚類は顎のない脊椎動物であり、顎のある脊椎動物の発達の前段階にあります。しかし、装甲魚類は高度に特殊化した形態に進化しました。たとえば、鼻孔の形、片方の鼻孔のみ、または内鼻孔のみなどです。例えば、鰓弓の下顎弓は顎の方向に向かって発達しなかっただけでなく、一部の種では退化していました。外界に開かれていた鰓孔は別々に発達して共通の鰓孔となった。これらはすべて、進化の過程で、顎のない装甲魚が顎のある魚へと進化の方向から逸脱したことを示しています。

シルル紀とデボン紀は装甲魚類の全盛期であり、さまざまな形態の種が多数出現しました。以前のカンブリア紀からオルドビス紀にかけては、装甲魚類の化石はほとんど見つからず、この時代は顎のない魚類の進化が比較的弱かったことを示しています。したがって、装甲魚類は、無顎脊椎動​​物の発達の始まりではなく、むしろ無顎脊椎動​​物の発達の結果である可能性がある。顎を持つ脊椎動物は、装甲魚類と同じ祖先から生まれた可能性がある。

「上あご」と「下あご」がここにあります！

顎を持つ魚類の出現は魚類の進化の歴史において極めて重要な出来事であり、その中でも顎の出現は魚類の代謝における最も革命的な革新である。顎は重要な摂食器官であるだけでなく、敵を攻撃するための強力な武器でもあります。音を発したり酸素を吸収したりもできます。これらは、顎を持つ動物の将来の進化、特に陸上での魚類の出現に広範囲にわたる基礎を築き、一連の脊椎動物の進化を引き起こしました。

最近発見された重慶特異埋没化石鉱床と貴州石遷化石鉱床はシルル紀の有顎魚類の出現を完全に実証しており、少なくとも4億4千万年前には、当時まだ広大な海であった中国南部で、有顎魚類の主要なグループが繁栄していたことを示しています。シルル紀後期までに、より多様で大型の顎を持つ属や種が出現し、世界中に広がり始めました。

新しい梵静山の魚類生態系が回復しました。画像出典：傅博源、傅宝忠

顎魚類はシルル紀にすでに出現していたが、シルル紀後期からデボン紀前期の原始的な顎魚類は主に小型の板皮類と棘皮動物であった。中期デボン紀以降、状況は大きく変化しました。硬骨魚類などの装甲魚類が巨大で凶暴な肉食魚に進化しただけでなく、軟骨魚類、軟骨魚類、交鰭類、肺魚類などのより高度な魚類も大きく進化しました。

明らかに、鎧を着た魚は顎のある魚との競争に比べると見劣りします。環境に適応し、進化を遂げていたかもしれない装甲魚類は、後進的で適応不能な存在になってしまった。先進的なものが後退的なものに取って代わり、適応性のあるものが適応性のないものを排除します。これは生物の発達の自然法則です。

有顎魚類の機能がますます完璧になり、その個体数が増加し続けると、有顎魚類が占める生態水域は必然的に有顎魚類に置き換えられるだろう。この状態では、装甲魚類は衰退し、絶滅するしかありません。顎のない魚の子孫は今日まで進化してきましたが、彼らはまだ海の中ではごく小さなグループにすぎません。生物の進化において「上あご」と「下あご」がいかに重要かが分かります！

制作 |科学普及中国

著者: 馮衛民（中国科学院南京地質古生物学研究所）

プロデューサー｜中国科学博覧会

提出者: 中国科学院コンピュータ情報ネットワークセンター

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