初めてして。埼玉県の４０代の会社員です。

質問

初めてして。埼玉県の４０代の会社員です。

初歩的な質問で恐縮ですが、昆虫や蜘蛛などの陸上で生息する無脊椎動物はどのようにして海中から陸上へ進出してきたのでしょうか？

脊椎動物は、

魚類　＝＞　両生類　＝＞　爬虫類　

の過程を経て進化し陸上へ進出してきたと昔、中学校の理科で習った記憶がありますが、昆虫や蜘蛛などについては未だに進化の過程が分りません。

脊椎動物が陸上に進出した時には、無脊椎動物は既に陸上へ進出していたのでしょうか？

ごく簡単でいいですのでご回答頂ければ幸いです。

敬具

回答No.4

Kunfu

質問者様の
魚類　＝＞　両生類　＝＞　爬虫類　
に倣うならば

環形動物　＝＞　節足動物
　　　　　　　　　　　　１．単枝類
　　　　　　　　　　　　２．鋏角類
　　　　　　　　　　　　３．甲殻類
　　　　　　　　　　　　４．三葉虫類
約５億年前のカンブリア紀中期のカナダのロッキー山系にあるバージェス山で発見された化石には、現在知られる節足動物４類のすべてが揃っていました。

環形動物とは現生のミミズ、ゴカイ、ヒルの仲間です。
これと道を分かったのが節足動物といわれています。
すでに三葉虫は絶滅しているので、現生の節足動物は３類に分けられます。

単枝類は、昆虫類、ムカデ類、ヤスデ類の陸上生活に特化したグループで、中でも昆虫は陸上の動物でもっとも成功した種です。

鋏角類は、クモ類、ダニ類、サソリ類、カブトガニ類が属します。（カブトガニに似ているカブトエビは甲殻類）

甲殻類は、エビ・カニの十脚類、フジツボ類など海生の動物ですがダンゴムシみたいな例外があります。

単枝類の中でも、陸上生活に特化した昆虫が成功したのは呼吸法によるのではないでしょうか。
昆虫は、気門で取り入れた空気を気管で直接組織に送り込む呼吸方法をとっています。
気管の直径は0.2マイクロメートルと決まっています。
なぜなら酸素の拡散係数が水より1万倍大きいのです。
酸素は自由に入れるけど、水（水蒸気）は出ることができません。

この物理法則は昆虫すべてに適用されるべきものなので、ノミだろうがヘラクレスカブトムシだろうが気管の直径は0.2マイクロメートルです。
問題なのは昆虫が脱皮するとき、内蔵まで達する直径0.2マイクロメートルを引き抜かなくてはならないことです。ノミは簡単でもカブトムシはどうか？
実際カブトムシくらいの大きさだと脱皮に失敗することがあるといいます。
昆虫が大型化することは、他の節足動物と違って命がけなのです。

しかしながら、この呼吸法のおかげで鰓が不要になりました。
昆虫は不要になった鰓を羽にしたと考えられています。
成虫に脱皮した昆虫が体液を羽に送り込み、羽を広げます。
もともと鰓だったと思えば合点がいきます。
他の節足動物と比べて最も成功した理由は、羽を持って飛ぶことができるようになったからでしょう。

お礼

ご回答有難うございます。

昆虫の羽根が鰓の進化したものとは知りませんでした。でも言われてみれば納得できます。

不要になった鰓をバタつかせているうちに、それが「空中を飛ぶ」という彼らにとって思いもかけない便利な機能に結びついたのではないかと素人なりに思います。
体の比重が小さいことも幸いしたのでしょうか？

今回の質問もそうですが、自分の知識のレベルでは進化については各段階間のギャップが大きく、次の各過程には連続性が感じられません。

（１）元素　＝＞　細胞
（２）単細胞生物　＝＞　多細胞生物
（３）原生動物　＝＞　三葉虫

お陰さまで無脊椎動物の陸上進出という疑問の１つが解消致しました。

この度は私どもの素朴な質問に丁寧な回答を下さり誠に有難うございました。

それにしてもご回答頂いた皆さんの博識さには驚きました。
おそらく生物関連の研究・教育・業務に携わっておられる方々と拝察いたします。

敬具

回答No.3

DoubtOwl

#1の両生昆虫について補足します。

カゲロウ、カワゲラ、トビケラ、トンボはエラ呼吸をしますが、魚類や甲殻類とは違う仕組みです。
気管鰓という空気を含んだ器官があり、水中の酸素を空気中に移し、それを呼吸に使います。

例外として赤虫(ユスリカ)のように直接水中から酸素をとりこむものもいます。

お礼

ご回答下さり有難うございます。

つまり呼吸器官が

魚類や甲殻類の鰓　＝＞　血鰓、気管鰓　＝＞　気門

のように進化したため陸上に進出するできたのですね。

回答No.2

DoubtOwl

http://okwave.jp/qa/q1274119.html
まずはこちらの質問ページをどうぞ。

http://www.fnorio.com/0082dendrogram_of_animal1/dendrogram_of_animal1.htm
こちらの系統樹を見るとイメージがわきやすいかと思います。

時期については、
冥王代
始生代
原生代
古生代:
　　カンブリア紀(無脊椎動物繁栄)
　　オルドビス紀(魚類登場)
　　シルル紀(植物上陸、昆虫登場、脊椎動物登場)
　　デボン紀(動物上陸、両生類登場)
　　石炭紀(両生類上陸、爬虫類出現、巨大昆虫繁栄)
　　ペルム紀(末期に大量絶滅)
とのことです。(内容は大分省いてます)

海と陸で似た構造を持つ節足動物や
カタツムリやナメクジといった陸貝もいますからそれぞれの祖先が陸に上がったのだと思います。

考えてみると海中には節足動物がいるのに昆虫はいませんね。
このことから考えると昆虫は陸に上がった節足動物が進化したものでしょうね。

お礼

ご回答ありがとうございます。

ご提示して頂きました系統樹は大変参考になりました。
それぞれの枝において、海中にとどまっているもの、完全に陸上進出したもの、両生のもの（蛙、トンボ、蟹）がありますね。

カタツムリなどは貝やタニシが陸上に進出したものでしょうが、現在は両性属するものはおりません（自分の知識の範囲では）。

進化の過程は遺伝子解析という現在の技術を駆使した結果、解決よりも謎が深まっているようですね。

回答No.1

debukuro

トンボやカゲロウなどのトンボ目は両生類的な昆虫です
幼生はえら呼吸、成虫は気門呼吸
このことからトンボ類から完全な陸上昆虫になったと推測します
現在の水生昆虫で完全な両生はトンボ目だけだと思います

お礼

ご回答ありがとうございます。

考えて見るとトンボの幼虫ヤゴは水中で生活していますね。

ということは昆虫に限らず蜘蛛なども陸上に生息するすべての無脊椎動物には「両生」に属するものが現に存在するか、あるいは進化の過程でかつては存在したのですね。