古代の海の生き物が疾走の先駆者となった

馬やチーターはスピードが必要だと感じると、ギャロッピングと呼ばれる足取りで走ります。ウサギは跳ねます。一部の水生動物は、クラッチングやパンティングと呼ばれる、ひれを使った移動方法で体を引っ張って移動します。これらの動きはすべて特殊で、左右の足音やひれのタイミングは均等ではありません。

すべての動物がこうした動きに頼って素早く移動するわけではない。しかし、いわゆる非対称歩行は脊椎動物にとって新しい発明ではないと、科学者らは3月8日、実験生物学ジャーナルで報告した。研究者らは数百種の動物の動きを観察し分析し、脊椎動物が陸に上がる以前から、不規則な歩行は古代の魚類に初めて現れた可能性があると結論付けた。この発見は、脊椎動物の歴史を通じて、さまざまな動物のグループが非対称歩行の能力を獲得したり失ったりしたことを示唆している。

陸生動物が独自にこれらの動きを進化させたことは「多かれ少なかれ」知られていたが、「この能力が顎のある魚類にとって古くからあるという考えは比較的新しく、興味深い」と、この研究には関与していない英国ハットフィールドの王立獣医大学ホークスヘッドキャンパスの進化生体力学教授ジョン・ハッチンソン氏は電子メールで述べた。

動物が歩いたり速足で走ったりするとき、その手足は対称的な歩き方として知られる規則的で均等なタイミングのパターンで動く。サウスカロライナ州チャールストン大学の生物学教授で、この研究結果の共著者でもあるエリック・マックエルロイ氏は、より速く移動するために、多くの動物は非対称な歩き方に切り替えることができると話す。典型的な例の1つは、馬の疾走である。

マッケルロイ氏とオールドウェストベリーにあるニューヨーク工科大学の共同研究者マイケル・グラナトスキー氏は論文で、疾走では四本の足がそれぞれ異なる不均等な間隔で地面に着地する、と述べている。疾走するのは哺乳類だけではなく、ワニ類もこの歩き方をしているのが観察されている。

ガゼルは、空中に飛び上がって4本足で同時に着地するプロンキングと呼ばれる別の種類の非対称歩行もできます。ヒキガエルやウサギは、2本の後ろ足が同時に地面に着地するバウンド歩行またはハーフバウンド歩行を使用します。トビハゼ、ウミガメ、一部のアザラシは、陸上で移動するために前ひれを同時に動かす「クラッチング」歩行をします。エイやその他の魚の中には、海底に沿って進むために腹びれを同時に動かすパンティング歩行をするものもあります。

トカゲ、サンショウウオ、カモノハシ、ハリネズミ、ロリス、ゾウなど、非対称の歩行をしないと思われる脊椎動物もいくつか存在します。

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これらの歩行がいつ初めて現れたのかを理解するために、マックエルロイとグラナトスキーは、顎口類、つまり顎を持つ脊椎動物の308種の対称および非対称の歩行に関する報告を精査した。ヌタウナギとヤツメウナギを除く、現在の脊椎動物の大半はこのグループに属する。

研究者らはコンピューターモデルを使用して、4つの異なる進化シナリオを調査した。1つは、顎口類の共通の祖先が非対称に移動する能力を持っており、その子孫はこの能力を失うことはあっても取り戻すことはできないというシナリオである。もう1つのモデルは、この特性は獲得することしかできないと仮定し、顎口類の祖先は非対称な歩行をしていなかったことを示唆している。

3 番目のモデルでは、非対称歩行は系統樹全体でほぼ同じ割合で現れ、消えていった。4 番目のモデルでは、割合の制約がなくなった。これにより、生物は「非対称歩行の非常に速い進化と、非対称歩行の非常に遅い消失」を経験できるようになったとマックエルロイ氏は言う。「進化の速度という点では、それらは非常に異なる可能性がある」。

彼とグラナトスキーは、現代の脊椎動物に非対称歩行がどのように分布しているかに基づいて、この 4 番目のシナリオが最も可能性が高いことを発見しました。彼らは、顎口類の祖先が何らかの非対称歩行を使用していた確率が約 75 パーセントであると計算しました。

この魚のような生物は、4億～4億5000万年前、つまりその子孫の一部が陸地に侵入する約2500万～1億年前に、浅い沿岸海域に生息していたと考えられる。顎口類の祖先は、ひれを使って海底を松葉杖で歩いたり、船を漕いだりしていた可能性があるとマックエルロイ氏は述べ、初期の顎脊椎動物の化石の多くが、ガンギエイやエイなど、こうした動きをする現代の魚類に似ていると指摘している。

研究チームはまた、現代の哺乳類を生み出した祖先は非対称的に移動する能力を持っていた可能性が高いが、両生類やトカゲの祖先はおそらく持っていなかったと結論付けた。

一部の脊椎動物のグループで非対称歩行が失われた理由は不明です。ゾウは骨に危険なほどのストレスをかけずに疾走するには大きすぎるのかもしれません。ロリスや多くのカメなど、特定の動物は非対称歩行を必要とするほど速く移動できないのかもしれません。

トカゲは、手足を非対称に動かすことなく、非常に素早く走り回ることができます。「トカゲが疾走するのを見たことはありません。トカゲが疾走しないのは奇妙で、何らかの神経筋の制約があると考えられます」とマックエルロイ氏は言います。「トカゲは単に疾走できないだけなのか、それとも非常にまれにしか疾走しないのか、あるいはトカゲの中には疾走できるグループがあって、そのグループを研究していないだけなのか、詳しく調べて解明したいと思います。」

研究者らが調査した現生動物308種は、推定6万9000種の脊椎動物のうちのほんの一部にすぎない。ハッチンソン氏は、これが分析結果を歪めている可能性があると述べた。

現代の魚類の観察は比較的少なかったとマックエルロイ氏は認めている。「魚類は最古の種であるため、進化の再構築に大きく影響する傾向があり、限界と将来の発見の両方を表しています」と彼は言う。絶滅した脊椎動物の移動を考慮に入れれば、これらの推定値も改善されるだろうが、それらの移動方法についてはほとんどわかっていない。

こうした限界があるにもかかわらず、ハッチンソン氏は「この研究は、優れた進化ツールを使って大量のデータを統合し、提起された疑問に対するさらなる調査を促すという点で価値がある」と述べた。