化石

クジラはどのように進化しましたか? |理科

クジラのことを考えると、何が思い浮かびますか?脂肪、潮吹き穴、吸虫は、今日生きている約80種のクジラ類(クジラ、イルカ、ネズミイルカ)の特徴の1つです。しかし、それらは哺乳類であるため、土地に住む祖先から進化したに違いないことを私たちは知っています。

約3億7500万年前、最初のテトラポッド(腕と脚を備えた脊椎動物)が沼地から押し出され、陸地に生息し始めました。この主要な進化の変遷は、約3億600万年前に始まった単弓類と呼ばれる多様な系統を含む、陸生脊椎動物のその後のすべてのグループの舞台を設定しました。これらの生き物、 ディメトロドン 、爬虫類のように見えましたが、実際には哺乳類の古風な前駆体でした。



しかし、最初の哺乳類が2億年前に進化したときまでに、恐竜が優勢な脊椎動物でした。哺乳類は偉大な主竜類の陰で多様化し、6500万年前に非鳥類の恐竜が大量絶滅によって一掃されるまで、哺乳類はかなり小さく秘密のままでした。この世界的な大災害は、哺乳類の主要な放射線への道を切り開いた。最初のクジラが進化したのは、この絶滅からわずか約1,000万年後、そして最初のテトラポッドが陸に這い出てから2億5,000万年以上後のことでした。これらの初期のクジラ類は、今日私たちが知っているクジラとは異なり、古生物学者がそれらを認識できるようになったのはごく最近のことです。



1世紀以上の間、クジラの化石記録に関する私たちの知識は非常に乏しかったので、クジラの祖先がどのように見えるかは誰にもわかりませんでした。今、流れは変わりました。わずか30年の間に、新しい化石の洪水が私たちの知識のギャップを埋め、クジラの起源を化石記録の大規模な進化的変化の最もよく文書化された例の1つに変えました。これらの先祖代々の生き物は、誰もが予想していたよりも奇妙でした。完全に水生のクジラに至る陸生哺乳類の直線的な行進はありませんでしたが、川、河口、先史時代のアジアの海岸に沿って歩いたり泳いだりする水陸両用のクジラの進化的な暴動がありました。現代のクジラと同じくらい奇妙ですが、彼らの化石の前任者はさらに奇妙でした。

アラバマとアーカンソーの土地を開拓した開拓者たちは、しばしば巨大な丸い骨を見つけました。一部の入植者はそれらを暖炉の炉床として使用しました。他の人は、骨で柵を支えたり、それらを礎石として使用したりしました。奴隷は骨を枕として使った。骨が非常に多かったため、一部の畑では、土地の耕作を妨げたために骨が破壊されました。



1832年、H。ブライ裁判官のアーカンソー州の土地で丘が崩壊し、28個の円形の骨の長いシーケンスが露出しました。彼はそれらが科学的に興味深いかもしれないと考え、フィラデルフィアのアメリカ哲学協会にパッケージを送りました。誰もそれらをどうすればいいのか全く知りませんでした。骨に付着した堆積物の一部には小さな貝殻が含まれており、大きな生き物がかつて古代の海に住んでいたことを示していましたが、それ以上のことは確実には言えませんでした。

ブライの寄付はすぐにアラバマ州のジョン・クリー裁判官の寄付と一致し、さらにはそれを上回りました。彼は自分の財産を爆破しているときに椎骨やその他の破片を見つけ、フィラデルフィア社会にいくつかのサンプルを送りました。リチャード・ハーランは、彼が以前に見たものとは異なっていた化石をレビューしました。彼はもっと骨を求めました、そしてクリーグはすぐに頭蓋骨、顎、手足、肋骨、そして謎めいた生き物の背骨の一部を送りました。 CreaghとBryの両方が、長さが100フィートを超える無傷の脊柱を見たと言ったことを考えると、生き物はこれまでに生きた中で最大の脊椎動物の1つだったに違いありません。でもそれはどんな動物だったのでしょうか?

ハーランは、骨は首の長い首長竜や流線型の魚竜などの絶滅した海生爬虫類の骨に最も類似していると考えました。彼は暫定的にバシロサウルスという名前を付けました。しかし、彼は確信が持てませんでした。顎には、哺乳類の特徴であるがほとんどの爬虫類ではない、サイズと形状が異なる歯が含まれていました。これまでに生きた中で最大の化石爬虫類が哺乳類のような歯を持っていたのはなぜですか?



ハーランは1839年にロンドンを訪れて発表しました バシロサウルス その日の主要な古生物学者や解剖学者の何人かに。学界の新星であるリチャード・オーウェンは、すべての骨を注意深く精査し、それらの微視的構造を研究するために歯にスライスする許可さえも受けました。そのような小さな細部への彼の注意は、最終的に海の怪物の識別を解決しました。 バシロサウルス 海棲爬虫類といくつかの特徴を共有していましたが、両方のタイプの生き物が海に住んでいたため、これは同じ生息地の動物が同様の特徴を進化させた表面的な収束のケースにすぎませんでした。疑う余地なく識別された、二重根の歯を含む形質の全体的な星座 バシロサウルス 哺乳類として。

アラバマで見つかった椎骨やその他の断片を調べた後、フィラデルフィアのアメリカ哲学協会のリチャード・ハーランは、骨が絶滅した海生爬虫類のものに最も類似していると考えました。彼は暫定的にそれに名前を付けました バシロサウルス 。写真はの3Dモデルです バシロサウルス(DKリミテッド/コービス)

ドイツ生まれの化石収集家アルバート・コッホの「Hydrarchos」のイラストが展示されています。(Fowler、O.S.1846から。TheAmericanPhrenologicalJournaland Miscellany、Vol。8。New York:Fowler&Wells。)

数年後、同僚と別の標本を扱っている科学者が頭蓋骨から骨を引き抜いて落とし、床に粉々になりました。神経質でない科学者が断片を集めたとき、彼らは骨が今や内耳を明らかにしていることに気づきました。内耳が一致する他の種類の生き物は、クジラだけでした。

赤鼻のトナカイが作ったルドルフはいつですか

の真のアイデンティティから間もなく バシロサウルス 自然淘汰によるチャールズダーウィンの進化論は解決され、クジラがどのように進化したかについて疑問を投げかけました。化石の記録は非常にまばらであるため、明確な決定を下すことができませんでしたが、 種の起源について 、ダーウィンは、自然淘汰が時間の経過とともにクジラのような生き物をどのように作り出すかについて推測しました。

北米では、[探検家サミュエル]ハーンが口を大きく開けて何時間も泳いでいるのを見て、クジラのように水中の昆虫を捕まえました。このような極端な場合でも、昆虫の供給が一定であり、より適応した競争相手が国内にまだ存在していなければ、自然淘汰によってクジラの競争がますます行われることに問題はありません。クジラのように巨大な生き物が生まれるまで、その構造と習性は水生生物であり、口はどんどん大きくなっています。

ダーウィンはこの一節で広く嘲笑されました。批評家は、クマがクジラの直接の祖先であると彼が提案していることを意味すると解釈しました。ダーウィンはそのようなことをしていませんでしたが、嘲笑によって彼は本の次の版の文章を修正しました。しかし、第6版を準備している間、彼はについての小さなメモを含めることにしました バシロサウルス 。彼の頑固な支持者T.H.への手紙ハクスリーは1871年に、ダーウィンは古代のクジラが過渡期の形態を表すのではないかと尋ねました。ハクスリーは、 バシロサウルス クジラの祖先に関する手がかりを提供しました。

ハクスリーはそれを考えました バシロサウルス 少なくとも、クジラとその陸生の祖先を結びつけた動物の種類を表しています。もしこれが本当なら、クジラはある種の陸生肉食哺乳類から進化した可能性が高いように思われました。別の絶滅したクジラと呼ばれる スクアロドン 、三角形の歯でいっぱいの邪悪な笑顔の化石イルカは、同様にクジラが肉を食べる祖先から進化したことをほのめかしました。お気に入り バシロサウルス 、しかし、 スクアロドン 完全に水生であり、クジラが発生した特定の資源に関する手がかりはほとんどありませんでした。これらの化石クジラは一緒になって一種の科学的な問題にぶら下がっており、将来の発見が彼らを彼らの土地に住む祖先と結びつけるのを待っていました。

その間、科学者たちはクジラの祖先がどのようなものだったのかについて推測しました。解剖学者のウィリアム・ヘンリー・フラワーは、アザラシとアシカが手足を使って水の中を推進し、クジラが後肢を失い、尾の振動で泳いだと指摘しました。彼は、初期のクジラ類が手足を使って泳いだ後、後のある時点で尾のみの推進力に切り替えたとは想像できませんでした。半水生のカワウソとビーバーは、クジラの最も初期の陸生の祖先にとってより良い代替モデルであると彼は主張しました。クジラの初期の祖先が大きくて広い尾を持っていた場合、それは彼らがそのようなユニークな水泳モードを進化させた理由を説明することができます。

ハクスリーの肉食動物の仮説とは反対に、フラワーは有蹄動物、つまり有蹄類の哺乳類がクジラといくつかの興味深い骨格の類似点を共有していると考えました。の頭蓋骨 バシロサウルス アザラシよりも古代のブタのような有蹄動物との共通点が多かったため、ネズミイルカ、ネズミイルカ、真実の輪の一般名が付けられました。古代の雑食性有蹄動物が最終的に発見された場合、フラワーは推論しました、少なくともいくつかは初期のクジラの祖先の良い候補になるでしょう。彼は、架空のクジラの祖先が浅瀬に落ち着くのを想像しました。

現代のカバのように毛がわずかに覆われているが、幅が広く泳いでいる尾と短い手足を持ち、おそらく水草とムール貝、ワームを組み合わせた、餌のモードで雑食性の、いくつかの原始的な一般化された沼地に出没する動物を想像することによって結論を下すことができます、そして淡水甲殻類は、彼らが住んでいた国境の水生側で彼らのために準備ができている空白の場所を埋めるために徐々に適応するようになり、それで徐々に湖や川に生息するイルカのような生き物に変更され、最終的に海への道。

そのような生き物の化石の残骸はとらえどころのないままでした。 20世紀の変わり目までに、最古の化石クジラはまだ バシロサウルス と同様の形式 Dorudon そして プロトケトゥス 、それらはすべて完全に水生でした—陸から海へのギャップを埋める化石はありませんでした。 E.D.として1890年のクジラのレビューで認められたコープ:クジラ目は、私たちが明確な知識を持っていない起源の1つです。この状況は何十年も続いた。

しかし、1966年に古代の肉食哺乳類の関係を分析している間、進化生物学者のリーヴァンヴァレンは、メソニクスと呼ばれる絶滅した陸生肉食動物のグループと最も初期の既知のクジラとの類似性に感銘を受けました。しばしばひづめのあるオオカミと呼ばれるメソニクスは、鋭い爪ではなくひづめの付いた長い歯のある鼻とつま先を持つ中型から大型の捕食者でした。彼らは恐竜が死んだ直後から約3000万年前まで北半球の主要な捕食者であり、彼らの歯の形はクジラのようなものに似ていました。 プロトケトゥス

哺乳類の水中映像を見て、彼らの生存に不可欠な奇妙なカチッという音を聞いてください。トニー・ウーによるビデオ映像

Van Valenは、一部のメソニクスは沼地の住人、時折魚を捕まえる軟体動物を食べる人、湿った表面でそれらを助ける広い指骨[指と足の指の骨]であったかもしれないと仮定しました。湿地の生息地に生息するメソニクスの個体群は、シーフードによって水中に誘惑された可能性があります。彼らが夕食のために泳ぎ始めたら、クジラのような巨大なものが進化するまで、次の世代はますます水に適応するようになりました。

1981年にミシガン大学の古生物学者PhilipGingerichとDonaldRussellによって発表されたパキスタンの乾燥した砂浜で行われた驚くべき発見は、科学者が望んでいた移行形態をついに実現しました。約5300万年前の淡水堆積物で、研究者たちは彼らが呼んだ動物の化石を回収しました Pakicetus inachus 。動物の頭蓋骨の裏側だけが回収されましたが、クジラ類と間違いなくつながっているという特徴がありました。

クジラ類は、他の多くの哺乳類と同様に、頭蓋骨の下側にある聴覚ブラと呼ばれる骨のドームに耳の骨が囲まれています。クジラが異なるのは、頭蓋骨の正中線に最も近いドームの縁がインボルクラムと呼ばれ、非常に厚く、密度が高く、高度に鉱化されていることです。この状態はpachyosteosclerosisと呼ばれ、クジラはそのような非常に肥厚した内臓を持っていることが知られている唯一の哺乳類です。の頭蓋骨 パキケトゥス まさにこの状態を示しました。

さらに良いことに、2つの顎の断片は パキケトゥス メソニクスのものと非常に似ていました。ヴァン・ヴァレンは正しかったようで、 パキケトゥス 彼が思い描いていた沼地に住む生き物のようなものでした。それが淡水堆積物で発見され、水中聴覚のための内耳の専門化がなかったという事実は、それがまだ水生移行の非常に早い段階であったことを示し、GingerichとRussellは考えました パキケトゥス クジラが陸から海に移行する際の水陸両用の中間段階として、頭蓋後の残骸[頭蓋骨以外の骨]がこの仮説の最良のテストを提供するという警告を追加しました。科学者たちは慎重になるあらゆる理由がありましたが、過渡期のクジラが発見されたという事実は非常に素晴らしかったので、 パキケトゥス 本、雑誌、テレビに出演。それは、足の不自由なアザラシのような生き物、世界の間に捕らえられた動物として提示されました。

1990年代を通じて、多かれ少なかれ水生生物に適応した古代のクジラ、または原クジラの骨格が目まぐるしいペースで発見されました。しかし、この新しい文脈では、ずんぐりした、アザラシのような形は パキケトゥス 非常に多くの場所に描かれていることは、ますます意味をなさなくなり始めました。その後、2001年にJ.G.M.シューウィッセンと同僚は、(頭蓋骨だけではなく)待望の骨格について説明しました。 パキケトゥス attocki 。それはオオカミのような動物であり、当初想定されていた滑らかなアザラシのような動物ではありませんでした。他の最近発見された属と一緒に ヒマラヤケトゥスアンブロケトゥスレミングトノケトゥスKutchicetusロドケトゥス そして マイアケトゥス 、それは初期のクジラの進化的放射を絶妙に記録する原クジラのコレクションにぴったりと収まります。一連の直接の祖先と子孫ではありませんが、各属はクジラの進化の特定の段階を表しています。これらは一緒になって、移行全体がどのように行われたかを示しています。

クリストファー・コロンブスの航海に対するマルテルスの地図の影響は何でしたか?

最も初期の既知の原クジラは5300万歳のような生き物でした パキケトゥス そして少し古い ヒマラヤケトゥス 。彼らはまるで水の中より​​も陸の方が家にいるように見え、おそらく犬のパドルをすることで湖や川を歩き回っていたでしょう。百万年後 アンブロケトゥス 、ワニのような頭蓋骨と大きな水かきのある足を持つ初期のクジラ。次に、4600万年前のような小さな形を含む、長い鼻とカワウソのようなレミングトノケトゥスが現れました Kutchicetus 。これらの初期のクジラは、塩水湿地から浅い海まで、沿岸環境全体に生息していました。

レミングトノケトゥスとほぼ同時に生きていたのは、さらに水生生物に適応したクジラの別のグループであるプロトケトゥスでした。これらのフォームは、 ロドケトゥス 、ほぼ完全に水生であり、いくつかの後のプロトケトゥスのように プロトケトゥス そして ジョージアセトゥス 、ほぼ確実に一生海で暮らしていました。このシフトにより、完全に水生のクジラはその範囲を他の大陸の海岸に拡大して多様化することができ、より滑らかなバシロサウルスは Dorudonバシロサウルス そして Zygorhiz 始新世後期の暖かい海に住んでいました。これらの形態は最終的には消滅しましたが、今日生きている2つのグループのクジラ、ハクジラとヒゲクジラの初期の代表者を生み出す前ではありませんでした。これらのグループの初期の代表者は約3300万年前に現れ、最終的にはヤンツェ川のイルカや巨大なシロナガスクジラのように多様な形態を生み出しました。

しかし、分子生物学の分野から出てきた研究は、クジラがメソニクスから進化したという古生物学者の結論と矛盾していました。生きているクジラの遺伝子とアミノ酸配列を他の哺乳類のものと比較したとき、結果はしばしばクジラが偶蹄目、つまりカモシカ、ブタ、鹿のような偶蹄目と最も密接に関連していることを示しました。さらに驚くべきことは、進化の関係を決定するために使用されるこれらのタンパク質の比較がしばしばクジラを配置したことでした 以内に カバに最も近い生きている親類としての偶蹄目。

古生物学的仮説と分子的仮説の間のこの対立は手に負えないように思われた。メソニクスは絶滅したため、分子生物学者は研究できませんでした。また、原クジラ亜目と古代の偶蹄目とを決定的に結び付ける骨格の特徴は見つかりませんでした。歯と遺伝子のどちらがより信頼できましたか?しかし、紛争は解決の希望がないわけではありませんでした。初期の原クジラの骨格の多くは非常に断片的であり、足首と足の骨が欠けていることがよくありました。ある特定の足首の骨であるレンゲは、議論を解決する可能性がありました。偶蹄目では、この骨はすぐに認識できる二重滑車の形をしており、特徴的なメソニクスは共有していませんでした。初期の原クジラのレンゲが見つかった場合、それは両方の仮説に重要なテストを提供します。

2001年に、この骨を持っている原クジラがついに記述され、結果は紛れもないものでした。原クジラ目は二重滑車の距骨を持っていて、クジラ目が偶蹄目から進化したことを確認しました。メソニクスはクジラの祖先ではなく、カバは現在、クジラに最も近い生きている親戚であることが知られています。

最近、科学者たちは先史時代の偶蹄目のどのグループがクジラを生み出したかを決定しました。 2007年、シューウィッセンと他の協力者は次のように発表しました。 インドハイアス 、raoellidsと呼ばれる絶滅した偶蹄目のグループに属する小さな鹿のような哺乳類は、クジラに比べて最も近いことが知られていました。の頭蓋骨の下側を準備しながら インドハイアス 、シューウィッセンの研究室の学生が内耳を覆っている部分を壊しました。クジラの耳の骨のように、厚くて高度に鉱化されていました。骨格の残りの部分の研究はまたそれを明らかにしました インドハイアス 骨は同様の種類の肥厚によって特徴づけられていました。これは、水中で多くの時間を過ごす哺乳類が共有する適応です。 2009年に化石データがジョナサンガイスラーとジェニファーセオドアによる遺伝子データと組み合わされたとき、新しいクジラの家系図が明らかになりました。 Raoellidsのような インドハイアス クジラに最も近い親戚であり、カバは両方のグループを合わせた次に最も近い親戚でした。ついに、クジラは哺乳類の進化系統樹にしっかりと根を下ろすことができました。

から適応 石で書かれた:進化、化石記録、そして自然の中での私たちの場所 、BrianSwitekによる。 Copyright 2010.出版社、Bellevue LiteraryPressの許可を得て。



^