クジラはどのように進化しましたか？ | 科学| スミソニアン - 記事、科学、野生生物

クジラについて考えるとき、何が思い浮かびますか？現在、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つに、オオモンシロチョウ、ブローホール、フルークがあります。しかし、彼らは哺乳類であるため、土地に住む先祖から進化したに違いないことを知っています。

約3億7500万年前、最初の四足動物（腕と脚を備えた脊椎動物）が沼地から押し出され、陸地に住み始めました。この大きな進化の移行は、約3億600万年前に始まったシナプスと呼ばれる多様な系統を含む、陸生脊椎動物のすべての後続グループの舞台を設定しました。 Dimetrodonなどのこれらのクリーチャーは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、2億年前に最初の哺乳類が進化した頃には、恐竜が支配的な脊椎動物でした。哺乳類は偉大な古竜の影の中で多様化し、6500万年前に大量の絶滅によって非鳥類の恐竜が一掃されるまで、かなり小さく秘密を保っていました。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きました。最初のクジラが進化したのは、この絶滅からわずか1千万年後、そして最初の四足動物が陸地にcい出してから2億5千万年以上たった頃でした。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世紀以上にわたり、クジラの化石記録に関する私たちの知識はあまりにもまばらであったため、クジラの祖先がどのようなものであるかを誰も確信できませんでした。潮流が変わりました。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実証された例の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、および先史時代のアジアの海岸に沿って歩いて泳いだ水陸両用クジラの進化的暴動がありました。現代のクジラと同じくらい奇妙ですが、彼らの化石の前身はさらに奇妙でした。

アラバマ州とアーカンソー州の土地を開拓した先駆者は、巨大な丸い骨を頻繁に発見しました。一部の入植者は、それらを暖炉の囲炉裏として使用しました。他の人は、フェンスを骨で支えたり、それらを礎石として使用した。奴隷は骨を枕として使用していました。骨は非常に多かったため、一部の畑では土地の耕作を妨げるために破壊されました。

1832年、H。ブリー裁判官のアーカンソー州の土地で丘が崩壊し、28の円形骨の長い列が露出しました。彼はそれらが科学的に興味があるかもしれないと思い、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よく分かりませんでした。骨に付着した堆積物の一部には、小さな生き物がかつて古代の海に住んでいたことを示す小さな貝殻が含まれていましたが、それ以上のことは確実に言えませんでした。

ブライの寄付はすぐに一致し、アラバマ州のジョン・クレア判事の寄付に匹敵しました。彼は自分の財産を爆破しながら脊椎やその他の破片を発見し、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、以前に見たものとは異なる化石をレビューしました。彼はさらに骨を要求し、クレアはすぐに謎の生き物の頭蓋骨、顎、手足、rib骨、背骨の一部を送りました。 CreaghとBryの両方が長さ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、生き物は今まで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。しかし、どのような動物でしたか？

ハーランは、骨は、首の長いプレシオサウルスや流線形の魚竜などの絶滅した海洋爬虫類の骨に最も似ていると考えました。彼は一時的にバシロサウルスという名前を割り当てました。彼は確かではありませんでした。顎には、哺乳類の特徴であるサイズと形状が異なるが、ほとんどの爬虫類ではない歯が含まれていました。これまでに生きた最大の化石爬虫類が哺乳類のような歯を持っているのはなぜですか？

ハーランは1839年にロンドンを訪れ、 バシロサウルスをその時代の主要な古生物学者や解剖学者に紹介しました。アカデミックコミュニティの新星であるリチャードオーウェンは、すべての骨を慎重に精査し、歯をスライスしてその微細構造を研究する許可を得ました。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。 バシロサウルスは海の爬虫類といくつかの特徴を共有していましたが、これは両方のタイプの生物が海に住んでいたため、同じ生息地の動物が同様の特徴を進化させている収束の表面的な例に過ぎませんでした。双根の歯を含む形質の全体的な星座は、疑いなく哺乳類としてバシロサウルスを特定しました。

アラバマ州で見つかった脊椎骨やその他の破片を調べた後、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、骨は絶滅した海洋爬虫類の骨に最も似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割り当てました。写真はバシロサウルスの 3Dモデルです。（DK Limited / Corbis）

ドイツ生まれの化石コレクターであるアルバートコッホの「Hydrarchos」のイラストが展示されています。（OS 1846のFowlerから。TheAmerican Phrenological Journal and Miscellany、Vol。8. New York：Fowler＆Wells。）

数年後、同僚と別の標本を扱う科学者が頭蓋骨から骨を引き抜き、落とし、床で粉々になりました。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。一致した内耳を持つ生物は、クジラだけでした。

バシロサウルスの正体が解明されてから間もなく、チャールズダーウィンの自然選択による進化論は、クジラの進化についての疑問を提起しました。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はできませんでしたが、 「種の起源」に含まれる思考実験では、ダーウィンは自然選択がクジラのような生き物を時間とともに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ぎ、クジラのように水中の昆虫を捕まえるのを見ました。これほど極端な場合でも、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、自然選択によってクマのレースがレンダリングされるのは難しくありません生き物がクジラのように怪物として生産されるまで、構造と習慣が大きくなり、口が大きくなります。

ダーウィンはこの一節に対して広くwidely笑された。批評家は、クマがクジラの直接の祖先であることを彼が提案していたことを意味すると考えました。ダーウィンはそのようなことをしませんでしたが、je笑は彼に本の次の版の通路を修正させました。しかし、第6版の準備中に、彼はバシロサウルスに関する小さなメモを含めることにしました。ダーウィンは、1871年に忠実な支持者であるTHハクスリーに手紙を書いて、古代のクジラが移行期の形態を表しているのかどうかを尋ねました。ハクスリーは、バジロサウルスがクジラの祖先に関する手がかりを提供したことはほとんど疑いがないと答えた。

ハクスリーは、 バジロサウルスは少なくともクジラを地上の祖先に結びつけた動物のタイプを表していると考えていました。もしこれが本当なら、クジラはある種の陸生の肉食哺乳類から進化したと思われます。他の絶滅したクジラと呼ばれる絶滅したクジラは、三角形の歯に満ちた邪悪な笑みを浮かべた化石のイルカであり、同様にクジラが肉食の祖先から進化したことを示唆しています。しかし、 バシロサウルスのように、 スクアロドンは完全に水生であり、クジラが発生した特定の資源に関する手がかりをほとんど提供しませんでした。これらの化石クジラは一緒に一種の科学的境界にぶら下がっており、将来の発見がそれらを陸に住む先祖と結びつけるのを待っています。

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、アザラシとアシカは手足を使って水の中を進んでいるが、クジラは後肢を失い、尾の振動で泳いだと指摘した。彼は初期のクジラ類が手足を使って泳いでいるのを想像できませんでした。彼は、半水生のカワウソとビーバーは、クジラの最も早い地上の祖先のためのより良い代替モデルであると彼が主張した。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、それはなぜクジラがそのようなユニークな水泳のモードを進化させたかを説明できます。

ハクスリーの肉食仮説に反して、フラワーは有蹄動物または有蹄動物がクジラと興味深い骨格の類似性を共有していると考えました。 バシロサウルスの頭蓋骨は、アザラシよりも古代の「ブタのような有蹄類」との共通点が多かったため、「海のブタ」の共通名は真実の輪となりました。古代の雑食性の有蹄動物が最終的に発見された場合、フラワーは、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だろうと推論した。彼は、浅いところに自分自身を和らげる仮説的な鯨類の祖先を想像しました：

私たちは、現代のカバのように毛がわずかに覆われている原始的な一般化された沼地の動物を自分自身に描写することで結論付けることができます、そして淡水甲殻類は、彼らが住んでいた国境地帯の水生側で彼らのために準備ができている空の場所を徐々に満たすように徐々に適応し、したがって、湖や川に生息するイルカのような生き物になり、最終的に見つける海への道。

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ドルドンやプロトセトゥスのような類似の形態で表されていました。こ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。 ED Copeは1890年のクジラのレビューで次のように認めています。「クジラ目は明確な知識がない起源の1つです。」この状況は何十年も続きました。

しかし、1966年に古代の肉を食べる哺乳類の関係を分析しているときに、進化生物学者のリー・ヴァン・ヴァレンは、メソキニデ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の類似性に衝撃を受けました。「蹄を持つオオカミ」と呼ばれることも多く、中指類は中型から大型の捕食動物で、鋭い爪ではなく、ひづめの付いた長くて歯のような鼻とつま先がありました。彼らは恐竜が滅亡した直後から約3000万年前まで北半球の主要な捕食者であり、彼らの歯の形はプロトセトゥスのようなクジラの形に似ていました。

哺乳類の水中映像を見て、その生き残りに不可欠な奇妙なクリック音を聞きます

ヴァン・ヴァレンは、一部の中間嚢類は湿地に住む可能性があると仮定しました。シーフードによる水。夕食のために水泳を始めたら、「クジラのように怪物」が進化するまで、次の世代はますます水生的に適応していきます。

1981年にミシガン大学の古生物学者フィリップジンゲリッチとドナルドラッセルによって発表されたパキスタンの乾燥した砂地で行われた驚くべき発見は、科学者が望んでいた過渡的な形態を最終的にもたらしました。約5300万年前の淡水堆積物で、研究者はPakicetus inachusと呼ばれる動物の化石を回収しました。動物の頭蓋骨の後ろよりも多くが回収されたが、それは間違いなくクジラ類に接続する特徴を持っていた。

他の多くの哺乳類と同様に、クジラ目は、耳の骨が頭蓋骨の下側の聴覚性水疱と呼ばれる骨のドームに囲まれています。クジラが異なるところは、インボルクラムと呼ばれる頭蓋骨の正中線に最も近いドームの縁が非常に厚く、密で、高度に鉱化されていることです。この状態は、硬膜硬化症と呼ばれ、クジラは、そのような非常に肥厚したインボルクラムを持つことが知られている唯一の哺乳類です。 パキケトゥスの頭蓋骨はまさにこの状態を示していました。

さらに良いことに、2つのあごの破片は、 パキケトゥスの歯が中胚葉の歯と非常に似ていることを示しました。ヴァン・ヴァレンは正しかったようで、 パキケトゥスは彼が思い描いた沼地の生き物のようなものでした。淡水鉱床で発見され、水中聴覚の内耳に特化していないという事実は、それが水生移行の非常に早い段階にあることを示し、ジンゲリッチとラッセルはパキケトゥスを「移行の水陸両用の中間段階」と考えました。彼らは「頭蓋後遺骨（頭蓋骨以外の骨）がこの仮説の最良のテストを提供するだろう」という警告を加えたが、科学者たちは慎重になるべきあらゆる理由があったが、移行期のクジラが持っていたという事実パキケトゥスの全身の再構成が本、雑誌、テレビに登場するほど驚異的でした。それは、足の長い、アザラシのような生き物、世界の間に挟ま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的に適応した古代のクジラ、または始祖鳥の骨格がめまいがするペースで発見されました。しかし、この新しいコンテキストでは、非常に多くの場所で描かれたパキケトゥスのずんぐりした、シールのような形が次第に意味を持たなくなり始めました。その後、2001年、JGM Thewissenと同僚は、 Pakicetus attockiの（頭蓋骨だけではなく）長く求められていたスケルトンについて説明しました 。それはオオカミのような動物であり、元々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。 Himalayacetus 、 Ambulocetus 、 Remingtonocetus 、 Kutchicetus 、 Rodhocetus 、 Maiacetusのような最近発見された他の属と一緒に 、初期のクジラの進化的放射を絶妙に文書化した考古学者のコレクションにぴったりと収まります。直接の祖先や子孫のシリーズではありませんが、各属はクジラの進化の特定の段階を表しています。合わせて、移行全体がどのように行われたかを示します。

最古の知られている古細菌は、5300万年前のパキケトゥスや少し古いヒマラヤのような生き物でした。彼らはまるで水中よりも陸上で家にいるように見え、おそらく犬のパドルをして湖や川を迂回しました。百万年後、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であるアンブロケトゥスが生きました。次に、4600万年前のカッチケトゥスのような小さな形を含む、長く鼻をかぶったカワウソのようなremingtonocetidが現れました。これらの初期のクジラは、海水の沼地から浅い海まで、海岸近くの環境全体に生息していました。

remingtonocetidsとほぼ同時期に生きるのは、より水生的に適応したクジラのもう1つのグループ、protocetidsでした。 Rodhocetusのようなこれらの形態はほぼ完全に水生生物であり、 ProtocetusやGeorgiacetusのような後のいくつかのプロトセティッドはほぼ間違いなく海で一生を過ごしていました。この変化により、完全に水生のクジラは他の大陸の海岸まで範囲を広げて多様化することができ、 ドルドン 、 バシロサウルス 、 ジゴリザなどのより洗練されたバシロサウルスは始新世後期の暖かい海に住みました。これらの形態は最終的には消滅しましたが、今日生きているクジラの2つのグループ、ハクジラとヒゲクジラの初期の代表者が生まれる前に消滅しました。これらのグループの初期の代表者は約3300万年前に登場し、最終的には長江イルカや巨大なシロナガスクジラと同じくらい多様な形を生み出しました。

しかし、分子生物学の分野から出てきた研究は、クジラが中間嚢類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結果、クジラは偶蹄目、カモシカ、ブタ、シカのようなつま先の有蹄動物と最も密接に関連していることがしばしば示されました。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、偶蹄類内のクジラをカバに最も近い生きた親類としてしばしば配置したことでした。

古生物学的仮説と分子的仮説の間のこの対立は、扱いにくいように思われました。メソキソイドは絶滅したため分子生物学者が研究することはできず、古代の偶蹄目類と決定的に古細菌を結び付ける骨格の特徴は発見されていませんでした。歯と遺伝子のどちらが信頼性が高かったですか？しかし、紛争は解決への希望なしではなかった。初期の古細菌の骨格の多くは非常に断片的であり、足首と足の骨が欠落していることが多かった。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、特徴的な中間嚢類は共有していませんでした。初期の古細菌のレンゲが見つかれば、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古細菌がついに記述され、結果は紛れもないものでした。古細菌には「二重滑車」のレンゲがあり、鯨類が偶蹄目から進化したことを確認しました。中間嚢類はクジラの祖先ではなく、カバはクジラに最も近い生きた親類であることが現在知られています。

最近、科学者は、先史時代の偶蹄目動物のどのグループがクジラを引き起こしたかを決定しました。 2007年に、Thewissenと他の共同研究者は、 Inohyus（ラオエリドと呼ばれる絶滅した偶蹄類のグループに属する小さな鹿のような哺乳類）がクジラに最も近いと知られていることを発表しました。 Indohyusの頭蓋骨の下側を準備しているときに 、Thewissenの研究室の学生が内耳を覆う部分を破壊しました。クジラの耳の骨のように、厚くて高度にミネラル化されていました。骨格の残りの部分の研究はまた、 インドヒウスが水中で多くの時間を過ごす哺乳類が共有している適応と同様の肥厚によってマークされた骨を持っていることを明らかにしました。 2009年にジョナサンガイスラーとジェニファーテオドールが化石データを遺伝データと組み合わせると、新しいクジラの家系図が明らかになりました。インドヒウスのようなラオエリドはクジラに最も近い親 wereであり、カバは両方のグループを合わせて次に最も近い親beingでした。最後に、クジラは哺乳類の進化ツリーにしっかりと根を張ることができました。

ブライアン・スウィテク著、「石に書かれた：進化、化石記録、そして自然の中の私たちの場所」から改作。 著作権2010。出版社の許可を得て、ベルビュー文学出版社。