なぜ人間はサメのような軟骨の代わりに骨を持っているのですか？

Cartilage makes this scalloped hammerhead shark’s body flexible. NOAA NMFS, CC BY

[February 22, 2022 12.15am AEDT] – ナタリアN.、12歳、カリフォルニア州アリソビエホ、USA

[答えてくれる先生]

マイケル・ハイトハウス博士

フロリダ国際大学芸術科学教育学部のエグゼクティブディーンおよび生物科学の教授

記事を音読します。

まず、骨と軟骨の違いについてお話しましょう。どちらも骨格を構成できる素材ですが、かなり違います。

骨は曲がりません。非常に丈夫ですが、もろく、圧力をかけすぎると壊れることがあります。軟骨は強いですが、よりグニャグニャで曲がることができます。

人間の骨格は骨でできていますが、耳や鼻のほか、関節の詰め物にも軟骨があります。実際、私たちの骨格の多くは、赤ちゃんのときは軟骨ですが、成長するにつれて硬い骨に置き換わります。

軟骨の利点

軟骨は柔軟性が強すぎて人の体重を支えることができません。私たちの骨格が軟骨でできているとしたら、重力の重みで崩壊してしまいます。私たちの体は、陸上での体重を支えるために、曲がらない骨の強さを必要としています。

しかし、水中では、サメの軟骨の骨格がサメの生存と繁栄に役立っています。軟骨は骨よりも軽いので、サメは泳ぐのにそれほど苦労する必要はありません。彼らは泳ぐのをやめると沈むので、これは非常に重要です。彼らがより重い骨格を持っていたならば、彼らは動き続けるためだけにもっと一生懸命働きそしてより多くのエネルギーを費やさなければならないでしょう。

軟骨は丈夫ですが柔軟性があるので、サメが速くて機動性のあるスイマーになるのに役立ちます。それは彼らが獲物を捕まえ、捕食者を避けるのを助けます。そしてサメには本当に捕食者がいます。ヒラシュモクザメのような多くの大きなサメは、小さなサメを食べるのが大好きです。そして、シャチ、またはキラーホエールは、大きなホオジロザメを食べます。レモンザメのような一部のサメは、自分の同種の小さなメンバーを食べることさえあります。

Rays are members of the shark family and also have skeletons made of cartilage. Their flexible winglike fins enable them to “fly” through the water – and, sometimes, to leap into the air.

骨の利点

現在、骨格に軟骨を持った魚は約1,000種あり、主に骨の骨格を持った魚は28,000種以上あります。骨は曲がらず、非常に強くなる可能性があるため、曲がらないサポートを提供することで、筋肉の働きを改善することができます。ですから、骨を持つことで、体がどのように組み立てられ、どのように水の中を移動できるかについて、より多くの可能性が開かれます。

たとえば、硬骨魚にはさまざまな形があります。彼らの多くは、サメのように尻尾で自分自身を推進する代わりに、側面の胸鰭を使って動き回っています。これにより、前後に移動できます。これは、サンゴ礁の隅など、狭い場所に出入りするのに非常に便利です。

4億年以上前、板皮類 (placoderms)と呼ばれる古代の魚群が最初に顎を発達させた魚でした。それは彼らが優れた捕食者になるのを助けたので、これは重要でした。

A model of a fossil placoderm skull that was found in what is now northeast Ohio. James St. John/Flickr, CC BY

板皮類には、頭と体の一部を保護する驚くべき骨のプレートがありましたが、残りの骨格は軟骨でできていました。これが、頭と顎のプレートの化石が見つかったが、残りの骨格は見つからなかった理由の1つです。軟骨が化石化することはめったにありません。

私たちの魚の家系図

板皮類はおそらく、軟骨で作られた骨格を持つ現代のサメとエイ、および硬骨魚の2つの主要な魚のグループの祖先です。どちらのグループも何億年もの間生き残ってきました。しかし、両生類を生み出したのは硬骨魚でした。海を離れ、手足や肺を発達させて陸に住むことを可能にした最初の生き物です。

Vertebrates on land, including humans, evolved from bony fish starting more than 400 million years ago. Dr. Guojie Zhang, CC BY-ND

Jawed vertebrates：顎（あご）を持つ脊椎動物（せきついどうぶつ）～4億６千万年前
Bony fishes：硬骨魚（こうこつぎょ）～4億２千５百万年前
lobe-finned fishes：総鰭類（そうきるい）～４億１千８百万年前
Ray-finned fishes：条鰭類（じょうきるい）～４億１千８百万年前
Lung appeared and flexible elbow joint：肺が現れ、柔軟な肘関節
First vertebrate landing：最初の脊椎動物の上陸　～3億７千万年前
Cartilaginous fishes：軟骨魚類（なんこつぎょるい）
Non-teleost ray-finned fishes：硬骨魚以外の条鰭綱
Teleosts：硬骨魚類（こうこつぎょるい）
Coelacanth：シーラカンス
African lungfish：アフリカ肺魚
Tetrapods：四足動物（しそくどうぶつ）

骨の骨格を持つ両生類は爬虫類を生み出し、爬虫類から鳥や哺乳類が生まれました。最終的には人間も含まれます。つまり、骨を古代の魚までさかのぼることができます。今日、地球上には約60,000種の骨が泳いでいる、陸に住んでいる、または空を飛んでいます。

この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳はarchive4kids(Koichi Ikenoue)の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article