早く見て！ 6億年前の古生代の海洋生物図解ガイド（パート1）

まだ完全には説明されていない進化のブームがカンブリア紀の始まりとなり、顕生代の始まりとなった。顕生代はさらに古生代、中生代、新生代に分けられます。

古生代は、5億3900万年前のカンブリア紀初期から2億5200万年前のペルム紀末まで続きました。名前が示すように、これは非常に古い生命体の長い時代であり、古代の神秘的な生き物が多数存在していました。その中には、すでに現代の生物の影を帯びているものもあれば、非常に奇妙に見え、将来の世代の観点からはまったく想像もできないものもありました。

その中には、口とトゲのあるジャガイモのような姿をした、最も初期かつ最も原始的な脱皮動物であるキノケファルスがいます。そして、地球上で知られている中で最も古い動物で、大規模なサンゴ礁を作ることができるのは、内壁にたくさんの穴が開けられたカップのような形をした古生代動物です。海底に固定され、海水中のプランクトンを濾過します。また、カンブリア紀の覇者アノマロカリス、ユニークな底生遊泳性三葉虫ディプロドクス、オルドビス紀の浮遊性濾過摂食動物ストラタム、デボン紀の底生魚の先駆者ミズガメもいます。これらの奇妙な生き物は、それぞれの時代で最も輝く星です。

カンブリア紀の奇妙な生き物たち。Aは洞窟化石、Bは硬い殻の化石、Cは三葉虫、Dは初期の節足動物マレラワーム、Eは棘皮動物など。
画像出典：参考文献[8]

次に、ブラックウォーターの専門写真家チェン・ウェン氏を招き、「ブラックウォーター写真術」を用いて「古生代に遡って」撮影した古生代の生命の地図帳を皆様に披露していただきました。

パート1

リラ虫：カンブリア紀で最も強力な脳

カンブリア紀の海には捕食動物はほとんどいなかった。結局のところ、草や泥を食べるのに知性は必要ありませんでしたが、動いている動物を捕食するには正確な計算と運動能力が必要でした。第二カンブリア紀第3期、中国の澄江は世界の他の場所と同様に、理解しがたい古代の昆虫で満ち溢れていた。

彼らは二分された体を持つ奇妙な動物で、前面に鰓裂のある大きな包皮があり、その表面は硬い特殊な板状の構造で覆われており、内部には食物を濾過するための細い鰓糸があります。後ろには細長い後部があり、その端にはスイングできる平らな側面があり、消化管は尾の一番端にあります。

頭もまともな感覚器官も持たないこの古代の虫のグループは、尾を振りながら海底を揺らし、有機質の残骸を含む海水を飲もうとしていた。

カンブリア紀の小型エビ、Lyrarapax unguispinus。第2カンブリア紀第3期に撮影された。

画像出典：著者による描画

リラワームは、古代ギリシャのリラに似ていることから名付けられたエビの一種です。彼らは5億2000万年前のカンブリア紀初期に生息し、アンプレクトベルイダエ科に属していました。彼らは平らで節のある海洋動物であり、地球上で最も古い捕食動物の1つでした。カンブリア紀の海洋に広く分布していた。

この写真では、半透明の体を通して、内部のオレンジ色の脳と、体内の回路のように信号を伝える太い神経を見ることができます。これらの太い神経は、精巧な器具のように動きを制御します。

コトカゲの頭部と神経構造。神経索、脳、心臓が示されています。捕獲された古代の昆虫も見ることができます

画像出典：著者による描画

捕食の複雑な神経計算を完成するために、リトグリはよく発達した神経系を発達させました。前脳は視覚系に接続されており、視神経の前にはアノマロカリス特有の大きな爪を制御するための一対の巨大な神経節があります。

現代のエビと同様に、神経索は腹側にあり、内臓は背側にあります。脳神経節はほぼすべての内臓の前に位置しており、神経は非常に太く、反応が鋭敏です。

彼らの感覚システムも当時としては最高レベルで、頭の両側から後方に伸びた長い眼柄を持つ一対の巨大な円錐形の複眼は自由に動くことができ、視覚的に獲物の位置を見つけるのに役立ちました。

コトカゲの頭部の構造

画像出典：参考文献[5]

コトネムシの体も狩りに特化しています。彼らは、狩りの最中に獲物が暴れて頭部が傷つくのを防ぎ、頭部を保護するために、体の前部に複雑な頭部装甲を持っています。さらに、頭と体をつなぐ首は4つの節に分かれており、胴体にも遊泳葉を駆動して泳ぐための強力な筋肉があります。

遊泳葉は最初の節から徐々に短くなります。最初の葉は最も長く、最も幅広く、後方に向かって滑らかに狭くなっています。泳ぐときは、後葉が前葉に重なります。遊泳葉間の重なり合う部分は直線的な構造になっており、これは体の強度を強化するために使用されます。これは、隣接する遊泳葉をステープルで留めて 1 つの「扇」を形成し、動作を調整して体が水中で動くのを助けるのと同じです。

彼らの最も奇妙な点は呼吸器系です。アノマロカリスには鰓がありませんが、その代わりに体幹の各節の背面に2列の剛毛があります。剛毛の基部は、体節の境界に近い基底構造に接続されています。泳ぐとき、剛毛は通過する水流から水中の酸素を吸収し、脳の後ろにある鼓動する心臓を通じて全身に送り出します。

コトネムシの背中のクローズアップ。節に付いた剛毛、わずかに不透明な筋肉、黄白色の腸が見える。

画像出典：著者による描画

リターワームの体の背面で最も目立つのは、主に拡大した腸で構成された消化器系です。このよく発達した管に、アノマロカリスの幼虫が急速に成長する秘密があります。つまり、より多く食べるほど、より速く消化され、より速く成長するのです。

前部は前腸で、後部は消化腺を含む未分化の中腸と後腸です。アノマロカリスの幼生は6～7cmに成長するとこの腸が細くなり、十分な運動能力を持つようになり、知能や感覚、運動能力が低いカンブリア紀の生物に食べられる心配がなくなります。そのため、彼らはもう急速に成長する必要がなくなり、平和な生活を送ることができるのです。

パート2

双角類: 地面効果飛行を最初に利用した動物

カンブリア紀では機敏なエビが注目を集めましたが、古生代に最もよく見られた生命体は三葉虫、筆足動物、腕足動物でした。ほとんどの三葉虫は泳ぎが苦手でしたが、有櫛動物目のヒポディクラノトゥスと呼ばれる種は異なるアプローチを取り、現代の地面効果車両に似た泳ぎの能力を進化させました。

ディプロドクスは中期オルドビス紀に生息していた。他の三葉虫と同様に、その体は節に分かれており、溝によって体が 3 つの垂直な葉に分割されています。さらに、頭の下には巨大な二股に分かれた口下板が生えていました。口下板は突出しており、滑らかで丸みを帯びており、他の三葉虫のような半円形の背殻ではなく、丸みを帯びた流線型の形状を与えています。

中期オルドビス紀の有櫛動物属の三葉虫であるディプロセラ

画像出典：著者による描画

ディプロドクス科の口下板は海底に近い。この構造は翼のようなものです。海水が口下板を通過すると、海水中の誘導抗力が減少するだけでなく、三葉虫の上部と下部の圧力差が増加し、それによって揚力が急激に増加します。

特に、海底からの距離が三葉虫の体の厚さの半分しかない場合、揚力は最大になり、ディプロドクスは泳ぎやすくなります。この原理は、現在の地面効果車両と非常によく似ています。それは偶然であると同時に、生物進化の傑作でもある。

左右相称動物の口蓋下節（青い部分）は水の流れを誘導することができる

画像出典：Cradle CFD 東京大学総合研究博物館｜一覧

さらに、ディプロドセイド科の口下板は渦を発生させ、有機物が豊富な海水を口の中に集中させることもできる。濾過摂食の習性と遊泳能力により、中期オルドビス紀には浅い海や海洋に広く分布していた。

下口蓋板が水の流れを導く仕組み

画像出典：Cradle CFD 東京大学総合研究博物館｜一覧

カナダのオンタリオ州の海域には、ディプロドクス科の魚が生息しています。彼らは海の底近くを泳ぎます。赤と白の縁が、黒い背景に対して各セグメントの輪郭を描きます。カルシウムとキチン質でできた甲羅は白く装飾されており、星のように輝いています。

ディプロドクス科の口が下を向いて渦を巻くと、水は体の下にある原始的な二肢の付属肢を通って流れます。その付属肢の半分は羽毛状の鰓糸で、残りの半分は通常の付属肢です。食物粒子は、鰓の上の密集した鰓糸を通して栄養分に富み、口の中に送り込まれます。

ディプロドケラスを下から見上げると、鰓とV字型の口下板を備えた二足歩行の付属肢が見えます。

画像出典：著者による描画

ここで、複頭動物は口下板によってもたらされる持ち上げの利点を十分に活用し、身体的なエネルギー消費を減らすことができます。

それでも、二点状虫はしばらく泳ぎ、その後海底で休むことになります。これは、他の節足動物と同様に、筋肉組織が主に速筋繊維で構成されており、持久力が比較的低いため、しばらく泳ぐと疲れを感じるためと考えられます。

これらの節足動物に加えて、古生代の他の種類の生き物も同様に美しいです。次号では、ストラトグラプトライトとルナタートルを例に、グラプトライトと魚についてお話します。これらは、それぞれオルドビス紀-シルル紀とデボン紀の非常に興味深い生物です。

参考文献:

[1]椎野勇・桑鶴修・鈴木勇・小野誠. リモプレウリド科三葉虫Hypodicranotus striatusの遊泳能力：外骨格と長く二股に分かれた下口の流体力学的機能.生物学の理論誌2012年5月7日;300:29-38.

[2] 椎野 裕、桑鶴 央、鈴木 裕 他浮遊性か底生性か？レモプレウリド科三葉虫Hypodicranotus striatulusの生活様式[J]。地球科学紀要、2014年、89(89):207-218。

[5]脳の構造がアノマロカリス科の付属肢の節間類似性を解明（2014年）

[6]カンブリア紀のラジオドンタンによって明らかにされた幼体の真節足動物の捕食行動の起源（2018年）。

[7]カンブリア紀初期澄江生物群のラジオドンタ・リララパックスの形態（2016年）。

[8] アーウィン・DH、ラフラム・M、トゥイート・SM、他カンブリア紀の難問：動物の初期の歴史における初期の分岐とその後の生態学的成功[J]。サイエンス、2011、334（6059）：1091-7。

制作：中国科学普及協会

制作：米一連

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者：王婷婷

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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