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Kingdom Animaliaは、一連の共通の特性によって結合されたさまざまな生物で構成されています。いくつかの例外を除いて、動物は動き、有機物を消費し、性生殖する多細胞真核生物です。これらの属性は共有されていますが、この王国内の種も非常に多様です。この多様性は、各種が異なるニッチに適応しているためです。種のニッチには、その種の領域、機能、および環境内の他の生物的および非生物的要因との相互関係が含まれます。進化的適応によるニッチの専門化により、種はその環境で効果的に生存し、繁殖することができ、同じ生息地内の種間の競争を減らすことができます1-2。
Kingdom Animaliaの多様性は、進化の系統に基づいて36の異なる門の分類につながりました。これらの門のうち、Porifera、Cnidaria、Platyhelminthes、Annelida、Mollusca、Arthropoda、およびChordataを含む7つの門について説明します。最初の門であるPorifera門は、最も早く、最も単純で、最も先祖代々の門です。これには、明確な組織層を欠く多細胞の非対称フィルター供給スポンジが含まれます。興味深いことに、スポンジは1つの細胞のレベルまでバラバラにされた後、再成長することができます。次に、複雑さが増すと、Cnidaria門にはクラゲとサンゴが含まれます。この門のメンバーは放射状に対称で、二葉芽球性です(2つの組織層を持っています)。これらの組織層は、内層を構成する内胚葉と、外層を形成する外胚葉と呼ばれます。Cnidaria門の生物は、食物が入り、老廃物が排泄される単一の開口部を持つ単純な腸を含んでいます。ポリフェラとクニダリアの両方に、成虫として主に座りがちな生物が含まれています。しかし、残りの門は、動きとより洗練された行動を可能にする適応を進化させてきました。
Cnidariaに続いて、PlatyhelminthesとAnnelidaと呼ばれる2つのワームの門があります。これら両方の門からの線虫は、皮膚全体でガスを交換することによって呼吸します。その結果、ほとんどのワームは表面積と体積の比率が大きく、湿った環境や水生環境に生息しています。これらの生物の皮膚は、ガスの効果的な拡散を促進するために湿ったままでなければなりません。ワームのもう一つの共通の特徴は、その左右対称性です。これは、生物を平面に沿って対称的に半分に分割できることを意味します。左右対称性は、線虫だけでなく、この進化の時点以降のすべての門にも見られます。このような対称性は、指向性の動きを可能にし、感覚器官が周囲と相互作用する前端または頭の近くに感覚器官を集中させるために重要です。線虫とその後の門には、外胚葉と内胚葉の間にある中胚葉と呼ばれる追加の組織層も含まれています。その結果、これらの生物は「三重芽球性」と見なされます。
2つの虫の門のうち、Platyhelminthesはより古く、単純です。これらには、扁形動物や吸虫が含まれ、自由生活または寄生虫である可能性があります。刺胞動物のように、彼らは単一の開口部を持つ単純な腸を持っています。環形動物門は、ミミズ、リーチ、多毛類など、より複雑です。これらの生物は、腸と体壁の間に体腔と呼ばれる体腔を含んでいます。彼らはまた、彼らの体のセグメンテーションのために区別されます。生物をセグメントに分割することは重要な進化のステップであり、各セグメントを特殊な形態や機能に適応させることができました。この門の主な進化的進歩には、食物をつかんで加工することを目的とした付属肢を持つ前部セグメントと、移動に特化した付属物を備えた後部セグメントの発達が含まれます。
次の門である軟体動物には、タコ、カタツムリ、ナメクジ、アサリなど、形態学的に非常に多様な生物が含まれています。このグループには、いくつかの定義機能があります。しかし、すべての軟体動物はマントルを持っており、呼吸器、消化管、生殖構造の保護カバーとして機能します。次に、最も多様な生物のグループは節足動物門です。この門だけで、甲殻類、昆虫、クモ類など、今日知られているすべての現生種と絶滅種の約4分の3を占めています。この門のすべてのメンバーは、外骨格と呼ばれるキチン質で作られた硬い外側のコーティングを持っています。この外骨格は、新しいより大きな外骨格が代わりになるために定期的に脱落します。Annelidaと同様に、節足動物はセグメント化されています。ただし、節足動物は、複数の繰り返しセクションではなく、頭、胸部、腹部と呼ばれる3つの異なるセグメントに分割されます。ほとんどのアンテナは、アンテナと呼ばれる特殊なセンシング構造を頭部に取り付けています。
最後に、脊索門には、背骨を持つすべての動物と、背骨を持たない動物が含まれます。このグループを結びつける2つの決定的な特徴は、神経索と脊索の存在です。神経索は脊索神経系の主要な部分であり、脊索は神経索と消化管の間を走る軟骨構造です。脊索門には、被嚢動物(幼虫から成虫への変態後に神経索と脊索を失う)、魚類、両生類、鳥類、爬虫類、哺乳類(ヒトを含む)が含まれます3。
Kingdom Animalia内の36の門すべてで観察された体の構造、生息地、行動の広大な多様性は、本当に驚くべきものです。これらの違いをよりよく理解するには、形式と機能の関係を考慮することが重要です。「形態」とは、単に構造物や生物の形状、大きさ、物質を意味し、「機能」はその構造物の使用方法を表します。したがって、構造の機能は、観察された形式に基づいて予測することも、その逆もまた然りです。たとえば、硬いナッツを割ることを専門とする鳥は頑丈で鋭いくちばしを持っていると予測されますが、果物を食べる鳥はくちばしが小さくて丸みを帯びている可能性があります。
重要なことは、生物の形態はその生理学的要件によって制約されるということです。たとえば、すべての動物は有機物を消費して消化し、環境とガスを交換しなければなりません。その結果、動物の形態への適応は、これらのプロセスを効率的に促進し続ける必要があります。例えば、小動物では、皮膚全体にガスを拡散させることが可能であり、しばしば有用です。ただし、動物のサイズが大きくなると、表面積と体積の比率は減少し、皮膚全体の拡散が十分なガス交換を提供できなくなります。このような大型動物は、クジラの肺や魚の鰓など、ガス交換を処理するための複雑なシステムを開発しました。その結果、ガス交換システムの形態は、生物のサイズとその環境の両方に依存します。
同様に、それは一般に、生物の生理学的要件によってのみ制約される機能に従って形成される他のタイプの適応に従います。しかし、形が機能に従わない場合もあります。痕跡構造とは、生物の祖先で目的を果たしたが、現在の形ではもはや役に立たない構造です。このような構造は、個人の適応度にほとんどまたはまったく影響を与えないため、集団内で進化的に賛成または反対に選択されることはありません。その結果、一部の構造は機能容量が制限されたまま存続します。例えば、大腸の先端にある小さなポケットである人間の虫垂は、私たちの祖先からの進化の名残です。この構造は有益な腸内細菌を貯蔵すると仮定されていますが、虫垂の除去は有害な影響なしに可能です。
Kingdom Animaliaに見られる適応の中には、進化の歴史を通じて何度も発展してきたものが多くあります。例として、コウモリの翼と鳥の翼を考えてみましょう。これらの構造は進化的関連性の結果ではなく、収斂進化4から生じたものである。収斂進化は、2つの生物が同様の環境圧力またはニッチのために独立して同様の形質を進化するときに発生します。コウモリ、鳥、インセットの翼はすべて独立して発達しており、「収束形質」と呼ばれています。明らかに、そのような形質は、それらが発生するニッチにとって非常に有益です。
名前以外に、馬とタツノオトシゴの共通点は何ですか?見た目は大きく異なりますが、どちらも動物です。一般的に、動物は運動性、つまり独立した運動が可能で、エネルギーとして有機物を消費し、有性生殖が可能な多細胞生物と定義されています。種は、例えば肺や鰓などの生息地での適応度を最大化するために、特定の機能を持つさまざまな形質を進化させてきました。経験則として、形は機能に従う、つまり、特徴の機能はその構造と外観によって予測できるということです。たとえば、ガラパゴス諸島のさまざまなフィンチ種は、蜜を消費するための細いくちばしや大きな種子を割るための厚いくちばしなど、特定の食事のためにさまざまなくちばしを進化させてきました。したがって、摂食に関与する構造を観察することで、種の食事を予測することができます。
進化の系統樹の分岐点を示す特徴があり、これは動物の生命の全系統樹全体に当てはまります。動物の進化系統樹の基本構造を見ると、それは多くの異なる門に分割され、各門は主要な共有特性によって定義されていることがわかります。これらについて簡単に見ていきましょう。
最初の主要な門はポリフェラで、単に細孔のベアリングを意味します。成虫として静止しているポリフェラには、スポンジなどのフィルターフィーダーが含まれています。対称性の欠如と明確な組織層は、ポリフェラを他のグループから分離し、生物全体が小さな細胞グループから再成長できる巨大な再生能力をそれらに与えます。
次の門である刺胞動物には、イソギンチャクとクラゲが含まれ、このグループは、先端に特殊な細胞を持つ触手が特徴で、獲物を刺して鎮圧するために使用します。刺胞動物は、中心軸に沿って等しい部分に分割でき、内側に内胚葉、外側に外胚葉の2つの組織層を持っているため、放射状に対称的です。これにより、クニダリアンは単一の開口部を持つ単純な腸を開発することができました。
Platyhelminthesは、文字通りフラットワームを意味し、私たちの次のグループです。フラットワームは左右対称性を示し、1つの軸に沿って鏡像の半分を持っています。左右対称性により、これらの動物が周囲と継続的に相互作用する前端または頭部近くの感覚器官の集中である頭蓋化が可能になりました。セファリゼーションは、食料源に向かって移動するなどの方向移動を可能にしました。Platyhelminthesはまた、外胚葉と内胚葉の間に挟まれた3番目の組織層である中胚葉を開発しました。
動物がより複雑になるにつれて、体腔と呼ばれる中胚葉が並ぶ体腔を発達させたのは、ミミズのような環形動物である分節門でした。この新機能により、組織のさらなる特殊化が可能になり、臓器発生への道が開かれました。
この専門分野の複雑さは、タコ、カタツムリ、アサリなど多様なボディプランを含む軟体動物で増加します。このグループには、マントルで覆われ、所定の位置に保たれる多くの特殊な臓器があります。
節足動物は間違いなく最も多様な門であり、昆虫、甲殻類、クモ類が含まれます。彼らは関節付属肢を発達させた最初のグループであったため、それに応じて命名されました。また、感覚触角を持ち、体は頭部、胸部、腹部の3つの特殊な部分に分かれており、すべて外骨格で覆われています。
最後に、脊索動物門には、私たちの古い友人である種子を食べる人や他のすべての鳥、チュニカテスやホヤ、魚、両生類、爬虫類、哺乳類が含まれます。脊索動物の名前は、彼らが開発した新しい身体的特性である神経索に由来し、この典型的な脊索動物の胚にはっきりと見られます。これは、ほとんどの成人の脳と脊髄に発達します。それらはまた、脊椎または背骨となる脊索である軟骨構造を持っています。
ここでは、主要な動物門を非常に単純化した方法で特徴付けました。しかし、ご覧のとおり、単一の門内であっても、形態と機能には多くの違いがあります。これは、単一の門のさまざまなメンバーの多様な構造と生理機能を観察し、それらの機能と生活史を予測できることを意味します。
このラボでは、ザリガニとコオロギの構造を観察し、その機能を予測します。
