魚を陸上で育てたら歩くようになるのか? に分子古生物学者が答える

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魚を陸上で育てたら歩くようになるのか? に分子古生物学者が答える

もしも魚を陸上で育てたら、歩く以前に呼吸ができなくて死んでしまうはずだ。しかし、じつは魚のなかには、エラだけでなく肺も持っているものがいるのだ。2014年にカナダで行われた衝撃の研究結果を、分子古生物学者・更科功氏が解説。はたして魚は歩けるようになるのか!?

※本記事は、更科功:​著『未来の進化論 -わたしたちはどこへいくのか-』(ワニブックス:刊)より一部を抜粋編集したものです。

エラで呼吸している魚が肺を持つ理由

2014年に、カナダのエミリー・スタンデン博士らが興味深い研究を発表した。ポリプテルスという魚を陸上で育てたら、上手に歩くようになったと言うのである。

魚が陸上を歩くなんて冗談みたいだけれど、これは真面目な話である。とはいえ、もしも魚を陸上で育てたら、歩く以前に呼吸ができなくて死んでしまうのではないだろうか。

通常、魚はエラを使って水中で呼吸をしている。しかし、じつは魚のなかには、エラだけでなく肺も持っているものが結構いる。金魚が水面に浮かんできて、口をパクパクさせることがあるが、あれは肺を使って空気呼吸をしているのだ。

ポリプテルスは、そのなかでも特に肺が発達した魚なので、空気呼吸だけでも生きていけるのだろう。


▲上手に歩けるようになった魚「ポリプテルス」 写真:PIXTA

それにしても、水のなかに棲んでいる魚に、どうして肺が必要なのだろうか。

現在の多くの魚は、硬骨魚類というグループに属している。ポリプテルスや金魚も硬骨魚類だ(サメやエイなどは、全身の骨格が軟骨でできている軟骨魚類である)。

硬骨魚類の血液は、心臓から送り出されると、まずエラを通り、それから全身を回って再び心臓に戻ってくる。まずエラで血液に酸素が取り込まれ、その血液が全身を回ることによって、体中の細胞に酸素を届けるのである。

うまい方法に思えるけれど、一つ問題がある。

心臓は多くの酸素を必要とする器官なのに、心臓に戻ってくる血液は全身を回ったあとの血液だ。つまり酸素の少ない血液だ。そのため心臓は、あまり酸素をもらうことができない。これは、激しい運動をするときに深刻な問題になってくる。

激しく運動すれば、体の細胞が酸素をたくさん使う。すると、心臓に戻ってくる血液中の酸素は、ますます減ってしまう。激しく運動すればするほど心臓は多くの酸素が必要になるのに、激しく運動すればするほど心臓に届けられる酸素は減ってしまうのだ。

釣り上げられた魚が激しく暴れると、すぐに死んでしまうことがあるのは、このためである。

陸上生活での“進化”は起きるのか?

スタンデン博士らがポリプテルスを育てたのは陸上である、と先ほど書いたが、正確には、水がほんの少ししか入っていない水槽の中だ。

そして、水槽の底には小石が敷き詰めてある。ポリプテルスは濡れた小石の上で、体を完全に空気中に出して、生活していたのである。

こうした“陸上で”111尾のポリプテルスを8か月間育て、水中で育てたポリプテルスと比較した。その結果、陸上で育てた個体は骨格が変化し、胸びれを使ってうまく歩くようになったと言う。

これはとても面白い実験だが、さらに先まで考えてみよう。つまり、私たちの頭の中で、思考実験を続けてみよう。仮に、この先もずっと子々孫々まで、ポリプテルスが陸上で生活し続けたらどうなるだろうか。

陸上のポリプテルスは、胸びれをよく使いながら成長するので、水中で成長したポリプテルスよりも胸びれが発達した成体になる。しかし、この時点では、水中のポリプテルスと陸上のポリプテルスのあいだに、遺伝的な違いはない。

ポリプテルスの胸びれが発達した理由は、いわばトレーニングをしたからであって、遺伝子が変化したわけではないからだ。

さて、陸上のポリプテルスは胸びれが発達しているけれど、それぞれの発達の程度に少しは違いがあるはずだ。胸びれが少し発達したものから大きく発達したものまで、いろいろなポリプテルスがいるはずだ。

もし、まったく同じトレーニングをしたとしても、胸びれの発達の仕方には違いが出てくる。それは、それぞれのポリプテルスごとに遺伝的な違いがある(遺伝子などに変異がある)からだ。これはヒトの場合も同じだ。

10人の選手にまったく同じ共同生活をさせて、さらにまったく同じトレーニングをさせてから100メートル走をさせても、10人の選手のタイムはそれぞれ違ったものになるだろう。


▲同じトレーニングをしたとしてもタイムはそれぞれ異なる イメージ:PIXTA

それぞれのポリプテルスには遺伝的な変異があり、そのため胸びれの発達の程度にも違いがある。

そういうポリプテルスのなかで、より胸びれが発達しているポリプテルスはエサのところまで速く歩いていけるので、エサをたくさん食べられて子どもをたくさん残せるとしよう。その場合、自然淘汰によって胸びれが、より大きいポリプテルスが増えていく。

仮に、胸びれを大きくする遺伝子があったとすれば、胸びれを大きくする遺伝子を持つポリプテルスが増えていく。

そうして何世代か交替するうちに、陸上で暮らすポリプテルスの胸びれは大きくなっているだろう。そして陸上で暮らすポリプテルスは、胸びれを大きくする遺伝子を持っていることだろう。

これは進化である。

なぜなら陸上のポリプテルスは、水中のポリプテルスとは遺伝的に異なる集団になったからだ。つまりポリプテルスは、自身の生活の仕方を変える(=陸上で生活する)ことによって、進化の方向を変えたのである。


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