驚くべき画像が海の微小なベビーブームを垣間見せてくれる

この記事はもともと、沿岸生態系の科学と社会に関するオンライン出版物である Hakai Magazine に掲載されました。同様の記事をもっと読むには、hakaimagazine.com をご覧ください。

北東太平洋には、とげとげしたウニ、多腕のヒトデ、レモン色の柔らかいウミウシ、岩に頭がくっついているフジツボなど、驚くほど多様な海洋生物が生息しています。海岸を散歩したり、海面下に潜ったりすると、これらの生物の成体を見ることができますが、その幼少期はどうでしょうか。文字通り海底に定着して移動する前、ほとんどすべての生物は海流に乗って漂う海洋動物である動物プランクトンとして誕生しました。

動物プランクトンと植物プランクトンは、ほとんどの動物プランクトンが餌とする植物のような漂流物で、一年中水中にいますが、その個体数は年初に急激に増加します。春には日が長くなり、水温が少し上昇し、陸地や深海から栄養分が海の表面層に流れ込み、植物プランクトンが大量発生します。植物プランクトンは非常に小さいですが、数が増えるとクロロフィルやその他の光合成色素によって海の色が変わります。これは衛星画像で測定でき、濃度が高ければ人間の目でも確認できます。

植物プランクトンの急増は、海洋における生物学的な春の兆しであり、動物プランクトンは突然の食物の氾濫で増殖する。プランクトン性の赤ちゃんを生む動物の生殖戦略は様々である。サンゴやウニなど、多くの固着性または動きの遅い動物は、ブロードキャスト産卵と呼ばれる一種の大量郵送技術を使用する。これらの動物は、少なくともいくつかの卵子と精子が出会って受精が起こるようにするという戦略で、数十億の配偶子を同期して放出する。一般的な潮間帯のドングリフジツボなどのフジツボは雌雄同体で、長く柔軟なペニスを使用して近隣の動物の卵子を受精させる。受精卵は親の保護的な火山のような殻の中で成長し、幼生に孵って外に放出される。配偶子、受精卵、幼生のいずれとして放出されても、それらはすべて海水の微生物スープの一部となる。多くの動物は海底に定着するか、より移動性を発揮するまで、ほんの短い時間しか海水中にいませんが、一部の種は残りの人生を動物プランクトンとして過ごします。

ブリティッシュコロンビア州にあるハカイ研究所のクアドラ島生態観測所の同僚たちは、クアドラ島東岸沖の海域で動物プランクトンのサンプルを採取し、写真を撮影するのに 3 年以上を費やしました。クアドラ島は、栄養分に富んだ氷河フィヨルドの流出水がサリッシュ海の北端と出会う、生物が豊富な地域です。この研究チームは、比較的研究が進んでいない幼生生物の捕獲に特に興味を持っていました。一般的な海の生物の幼生は、巨大な柄のある目、とげのある鼻、半透明の体など、成体とはまったく異なる異質な外見をしており、驚くほど異質です。

多くの海洋無脊椎動物と同様に、フジツボにも自由に泳ぐ幼生段階がいくつかある。成体の殻の保護を離れると、羽毛のような付属肢と 1 つのサイクロプスの目を持つ盾形のノープリウス幼生になる (1 枚目の写真)。幼生は 6 回脱皮し、さらに多くの体節と付属肢が加わる。最後の脱皮後、若いフジツボはキプリド幼生と呼ばれる (2 枚目の写真)。この段階では、幼生は海底に沈み、付着する硬い表面を探し始める。フジツボは繁殖のために近くに他のフジツボが必要なので、キプリドは触角で表面に触れて他のフジツボの匂いを嗅ぎ取る。適当な場所を見つけると、少量の接着剤を分泌して頭を表面に固定し、円錐形の殻を備えた成体のフジツボに成長する。

この美しい羽根を持つ生物は、マンゲリイ科の捕食性巻貝の軟口蓋段階のものです。羽根、つまり軟口蓋は繊毛と呼ばれる微細な毛で覆われています。繊毛が規則的に羽ばたくことで流れが生まれ、成長中の幼生は珪藻などの餌を捕らえます。幼生が成長するにつれて、殻、足、触手など、成体の巻貝でより目に見える部分が発達します。最終的に、巻貝の幼生はねじれと呼ばれる過程を経ます。ねじれは、動物の後ろ側を頭の方に向ける 180 度のねじれです。巻貝のプランクトン生活が終わると、軟口蓋は海底に定着し、成体になります。

ヒトデは、自由に泳ぐ幼生としていくつかの段階を経ます。最初、体は繊毛で覆われており、それらが一斉に拍動することで、幼生は動きをある程度制御できます。ヒトデが双鰭脚期（最初の写真）に変態すると、繊毛が集まって明確な帯状になり、腕が形成され始めます。この時点で、腸も発達し、幼生のヒトデは摂食を開始します。種によって異なりますが、ヒトデは数週間から数か月双鰭脚期を過ごし、その後、さらに腕と前端に吸盤が加わり、ブラキオラリア幼生（2 枚目の写真）に成長します。ブラキオラリアは最終的に吸盤の端から先に海底に定着し、成体になります。

科学者は、動物を対称性で分類することが多い。例えば、人間は左右対称で、右半分と左半分は鏡像だ。ヒトデも、海底に沈むまでは左右対称だ。幼生が成体になるにつれ、対称性も変化し、放射状対称に変化する。（成体のヒトデのほとんどと、棘皮動物と呼ばれるその仲間は、より具体的には五放射状対称で、5つを基本とした体型をしている。）新たな研究によると、この形を変えることができるのは、ヒトデの「頭」と遺伝的に同等の組織が手足と皮膚に散在しているからだという。

プランクトン生物の中には、成体になっても見分けがつかないものもいるが、親のミニチュア版としてこの世に生を受けるものもいる。この乳白色のイカの赤ちゃんは、漬物のような形の卵嚢から孵った数百匹のうちの１匹だ。成体のイカは、狂ったように大量に産卵した後、砂地の浅瀬に大量の卵嚢を産み、その後はそれらを運命に任せる。ゼリーで覆われた成長中の卵が、日和見的な捕食動物や容赦のない波や潮流の試練を生き延びれば、数週間後に米粒大の幼生（パララルヴァ）が現れ、流れに乗って漂い始める。その後の約１か月で、幼生はプランクトンとしての生活から抜け出して本格的に狩りを始めるのに必要な泳ぎ方を習得する。しかし、生まれて間もない頃は、カイアシ類やその他の動物プランクトンの獲物を攻撃する際に、短いパルスの動きでしか前進できない。しかし、彼らは最初から完全に放っておかれるわけではない。彼らは体内に卵黄嚢を持って生まれ、それが栄養の緩衝材となり、狩りのスキルを磨く時間を与えてくれるのだ。

この幼生ミズクラゲはピンの先にすっぽり収まるほどだが、この小ささは長くは続かない。このミズクラゲは鉢虫綱、つまりほとんどの人がよく知っている典型的には大きくて色鮮やかなクラゲの一種に属している。しかし、エフィラと呼ばれるその微小な幼生はあまり知られていない。この雪の結晶のようなエフィラは、大海原を漂うために親ポリプ（岩や桟橋などの表面に付着する、固着性で柄のある段階のクラゲのライフサイクル）から出芽したクローンの塊の1つだ。この出芽のプロセスはストロビレーションと呼ばれ、プランクトンが春に急増する時期と完璧なタイミングで起こるため、新しいエフィラには十分な餌がある。適切な温度に浮上することが、成長能力にとって重要なようだ。成体のミズクラゲは、その大きさにもかかわらず、依然としてプランクトンとみなされており、北東太平洋の沿岸海域で一年中見られるが、そのエフィラは環境に対して少々うるさい。暑すぎるとストレスを受けて死んでしまい、寒すぎると成長できなくなる。

これはクラゲの共食いのように見えるかもしれないが、実は野生のクラゲの繁殖活動の様子だ。指先ほどの大きさしかないこの成体のヒドロ虫クラゲ（本物のクラゲの仲間）は、腹壁からさらに小さな子クラゲを芽生えさせているところだ。成体のクラゲは成熟すると、通常は精子または卵子を放出し、それらが一緒になってポリプに成長するが、温度などの環境条件によってヒドロ虫クラゲの繁殖戦略が変わり、代わりにこのような子クラゲが生まれることもある。この繁殖スタイルはヒドロ虫クラゲにとって標準的ではないが、珍しいことでもない。世界中で少なくとも 50 種が、体の一部からクローンを発芽させることが知られている。

動物プランクトンの中で主要なグループの一つであるカイアシ類（小さな水生甲殻類）は、地球上で最も豊富な多細胞動物の一つでもある。海洋カイアシ類のほとんどは自由生活性で、多くは一生をプランクトンとして過ごすが、一部の種は他の生物と共生または寄生する。寄生性のモンストリロイド目のこれらの雌は、水底の宿主を離れ、水柱で繁殖する。繁殖に沈むか泳ぐかのアプローチを取る多くのプランクトンとは異なり、これらの雌は子どもに対して親としての世話をする。最初の写真の雌は、わずか2ミリメートル（ゴマ粒よりも小さい）の体長で、体の大部分を占める明るい緑色の卵を一房抱えている。成虫は餌を食べないので、それほど大きな腸は必要ないため、将来の子どもにこれだけのスペースを割くことができる。その代わりに、彼らは生理的に次世代の「小さなモンスター」（このグループで最初に記述された属であるMonstrillaの語源）を生み出すことに専念しています。受精すると、卵は2枚目の写真のメスのように、長く垂れ下がった棘の上に移動し、そこで粘液によって固定され、コペポーダの赤ちゃんがノープリウスとして孵化します。ノープリウスはすぐにプランクトン群落を離れ、宿主に侵入して寄生虫として成長し、サイクルを継続する準備が整います。

この紫色のホヤの幼生がカエルのオタマジャクシに少し似ているのは偶然ではありません。ホヤは脊索動物で、生涯のある時点で脊索（背骨の前身）と神経索を持つ動物です。このため、ホヤは人間の遠い親戚です。特に成体のホヤは色鮮やかなゼラチン状の塊であることが多いため、これは意外なつながりです。脊椎動物では、脊索と神経索は最終的に脊椎と脊髄になりますが、ホヤではこの短い幼生期の後に消えてしまいます。雌雄同体の親の体内で1か月間孵化した後、紫色のホヤのオタマジャクシは孵化し、落ち着くのに適した住処を探しながら1、2日水柱の中にとどまります。頭から固い表面（桟橋、杭、海藻など）に付着すると、背骨を持つ関係との類似性は失われます。最終形態に変形する際に尾を再吸収し、すぐに食べて増殖し、迷路のようなコロニーを構築します。

この「水泳ヘルメット」は、リボンワームの幼生です。リボンワームは、獲物を刺すのに使う印象的な引き込み式の口吻を持つ、体節のない海洋性ワームです。このグループのワーム（紐形動物とも呼ばれます）は、繁殖するために水中の化学的な信号に反応し、協調して産卵するために交尾球に集まります。一部の種では、受精卵は最終的に、この幼生のように自由に泳ぐ幼生に成長します。この幼生はピリジウムと呼ばれます。変態中、ワームのような幼生がピリジウム内で成長します。ワームのプランクトン期が終わると、幼生はピリジウムから抜け出し、幼生組織を食い尽くし、海底に向かい、底生性の成体としての生活を開始します。

繁殖するために、オスのヤドカリは脱皮したメスの腹部の近くに精子を置きます。メスは数百個の卵子の塊を産み、受精に適した条件が整うまで精子を蓄えます。その後、メスは卵子を抱いて、ある程度の保護を行います。(メスは 1 年に数回の子育てをすることができます。) 若いヤドカリはゾエアとして孵化します (最初の写真)。長い棘と縁飾りのある触角により、水に浮かぶことができます。ゾエアは約 4 回の脱皮を経てメガロパになります (2 つ目の写真)。この段階では幼生のカニはまだ小さいですが、成体になった姿により似ています。ヤドカリの腹部は硬い外骨格で覆われていないため、空の巻貝の殻の螺旋状の空洞に滑り込んで保護します。餌や貝殻が乏しい場合、ヤドカリは海底に定着するまでより長くプランクトン状態のままです。

ヤドカリ類の仲間と同様に、カニ類も最初はトゲのあるゾエアから始まり、その後メガロパへと変態します。この比較的短い最終幼生段階では、カニのメガロパは主にプランクトンとして活動し、尾を使って泳ぎます。しかし、この優雅なデコレーターカニが示すように、尾を腹部に押し込んで、完全な底生生活に備えて時折海底まで出向き、脚を曲げて歩きます。ただし、このデコレーターメガロパが、その名前の由来となったスキルを試すのはもう少し先になりそうです。この種の成体は、北東太平洋で最も繁殖力の高いデコレーターの 1 つです。藻類や海綿動物などの環境の一部を切り取り、特殊なフック状の構造を使用してこのカモフラージュ素材で体を飾ります。しかし、幼生は海底に完全に定着するまで装飾を行うことはできません。幼虫に変身すると、彼らはフックを獲得し、すぐに徹底的に自分自身を飾り始めます。

多毛類（一般に剛毛虫として知られる）の生活様式は多種多様で、次世代を生み出す方法も例外ではない。例えば、海底に生息する一部の成虫は、月の満ち欠けなどの環境からの合図に従って、部分的または完全に遊泳可能な状態に変化する。短期間でプランクトン状になり、大量に集まって表層水で産卵する。群れをなして泳ぐこれらの生物の中には、単に交尾相手の近くに配偶子を放出して夜を終える者もいる。他の種は、精子を集めるために産卵に参加した、卵を抱えた雌のノーブルネックレスワームのように、生殖にもっと気を配る。体外の育児嚢に抱いた卵が受精すると、母虫は卵を海底まで泳いで戻し、卵が孵化するまで待つ。幼虫が独りで水中に向かう時期になると、母虫はプランクトンの中に再び姿を現し、成長した幼虫を放出する。

毛むくじゃらの幼虫はかわいらしくないが、多毛類の幼生には魅力がある。この幼虫のような生き物は、パーチメント チューブワームの幼生で、成虫になると海底に作った細長い管の中で目立たずに暮らす多毛類の一種だ。しかし、他の多毛類と同様に、パーチメント チューブワームも最初はトロコフォアと呼ばれる活動的な塊から始まる。コマのような形をしたトロコフォアは、最初は頭、目、動きに使う繊毛帯以外に目立つ特徴がほとんどない。幼生は成長するにつれ、体節が発達し、名前の由来となった剛毛が生え、この幼生のような大きな口やマルハナバチのような後部など、より目立つ形になる。

謝辞

プランクトンは、ハカイ研究所のバイオマラソン プロジェクト チームによって収集され、撮影されました。専門知識と識別の支援を提供してくれたハカイ研究所の Tyrel Froese 氏と Matt Lemay 氏、ロイヤル BC 博物館の Henry Choong 氏、ロサンゼルス郡自然史博物館の Leslie Harris 氏に感謝します。

この記事は最初にHakai Magazineに掲載され、許可を得てここに再掲載されています。