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33.3:

陸上への進出

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Biology
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The Colonization of Land

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ナレーター]30億年以上前、生物は海でしか生き残ることができませんでした。一部の原核生物は、二酸化炭素を捕捉して 糖を生成し、光合成と呼ばれるプロセスを始めました。光合成生物は、酸素を放出し その酸素が大気中に蓄積されました。水生生物はどのように進化して土地に生息したのでしょうか。単細胞の光合成原核生物は、20億年以上前に まず湿った陸域に生息していました。海の環境とは対照的に、地上の環境では、光合成の2つの重要な要素である 日光と二酸化炭素が十分に供給されていました。多細胞植物と菌類は、約4億8500万年前にオルドビス紀の時代までに 土地に住む能力を徐々に進化させました。地上生物の主要な適応の1つは、細胞の特殊化でした。まず、光を獲得するシュートを 根のような構造から分離します。その根は、植物を固定し、水と栄養分の吸収を促進します。さらなる追加の構造変化は、地面に繁殖する植物の成功に貢献しました。たとえば、ワックス状のキューティクルは水分の蒸発を制限します。細胞壁と血管組織は構造的な支えを提供し、より大きな植物内での水輸送を促進しました。約4億5000万年前、節足動物は、陸上での生活能力を進化させた最初の動物でした。これらの生物は外部骨格を持ち、今日の昆虫や甲殻類の前身でした。4本足の動物であるテトラポッドは、約4億年前に進化しました。魚の先祖の肺と内部骨格の進化は、最終的に両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類を含むこのグループの 大規模な広がりに重要な役割を果たしました。テトラポッドと節足動物の両方が、豊富な食物資源として、その時点で土地に生息していた植物を発見しました。この一連のプロセスで、植物、菌類、および動物が地球の陸地に定着し、最終的には今日知られている種に進化しました。

33.3:

陸上への進出

地球初期の環境の変化が生物の進化を促しました。海中の原核生物が光合成を始めると、酸素が生成されました。やがて海中の酸素が飽和して空気中に入り、約23億年前に酸素革命と呼ばれる大気中の酸素濃度の上昇が起こりました。そのため、酸素を使って細胞呼吸ができる生物が有利でした。さらに、15億年以上前には、真核細胞や多細胞生物が出現し始めました。当初、これらの生物はいずれも地球の海に生息していました。

最初に陸上で生活した生物は、光合成をする原核生物で、海辺の湿った環境に生息していました。陸上には水がないものの、光合成に必要な太陽光と二酸化炭素が豊富に存在していました。約5億年前、現在の植物の祖先は乾燥した環境に進出したが、脱水症状を防ぐための適応が必要でした。そこで、水に頼らない生殖方法を開発し、胚を乾燥から守ったのです。さらに、水や養分を得るための根と、日光や二酸化炭素を得るための芽を含む維管束を進化させたのです。

植物と菌類は同じ時期に陸上に進出したと考えられていますが、この陸上への進出という共進化は、現代の生物や最古の植物化石に見られるように、菌類は植物から与えられた栄養分を享受しながら、栄養分や水分の吸収を助けるという、多くの植物と菌類の間の相互利益関係の結果です。

節足動物は、約4億5000万年前に陸上に進出した最初の動物です。その後、四肢動物も陸上で生活するようになり、陸上に進出した植物に豊富な食料を見出しました。両生類は1億年の間、陸上の動物を支配しました。その後、恐竜、そして哺乳類が最も多くの陸生動物を占めるようになります。

Suggested Reading

Delwiche, Charles Francis, and Endymion Dante Cooper. “The Evolutionary Origin of a Terrestrial Flora.” Current Biology 25, no. 19 (October 5, 2015): R899–910. [Source]

Jill Harrison C. “Development and Genetics in the Evolution of Land Plant Body Plans.” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 372, no. 1713 (February 5, 2017): 20150490. [Source]