バイオメカニクスに基づく凹凸形態型腕足動物の初期進化

基于生物力学的凹凸形态腕足动物的早期进化

基本信息

批准号：
24840018
负责人：
椎野勇太
金额：
$ 1.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-08-31 至 2014-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

古生代の海洋底で大繁栄を遂げた無脊椎動物の腕足動物は，周辺に生じた水流に身を任せて受動的に殻の内側へ水を引き込み，採餌や呼吸を行っていた．中でも凹凸形態型腕足動物プロダクタス類は，凸状に膨らんだ腹殻を底面に向けて海底に寝そべり，あらゆる方向から水を循環させることができる適応形態であることがわかっている．受動的な水流形成のためには，堆積物上に反り立つ殻前縁部の開口部と，底面付近に位置する耳開口部の間に生じる圧力差に依存する．まるで煙突様の機能によって生み出されるこの圧力差は，海底に寝そべる姿勢によって大きく変化してしまう．したがって，前縁部と耳を形づくる殻の縁辺部は，個体まわりの微妙な環境に応じて機能不全を起こさないような流体力学的特性を維持させなくてはならない．どのような経緯でこの機能性が誕生したのかを明らかにするために，凹凸形態種の祖先にあたるストロフォメナ類レプターナの形と流れの関係を流体力学的に検討した．流水装置と中空殻模型を用いた流水実験の結果，レプターナの殻形態は，プロダクタス類で再現された受動的水流の形成機能と同様の役割を備えていたことがわかった．しかし流速が高くなると，堆積物上に反り立つような前縁部が大きな抵抗を生み，殻模型がひっくり返ってしまった．姿勢がひっくり返った凹凸形態種は，縁辺部が堆積物に突き刺さり，窒息して死亡するだろう．つまりレプターナの殻形態は，生息姿勢が不安定になってしまうジレンマを抱えながら，煙突様の水流形成機能を備えるように進化したと考えられる．本研究によって，絶滅生物の初期進化を「形の機能化」から説明する兆しが見えてきた．機能化と多様性の関係をより深く理解するためには，殻の形づくりに秘められた可塑性が鍵を握るかもしれない．さらなる標本調査や形態解析の進展が必要である．

腕足动物是古生代时期在海底繁盛的无脊椎动物，它们依靠周围的水流被动地将水吸入它们的壳中进行进食和呼吸。其中，凹凸形态的腕足类产品被认为是一种适应形态，它躺在海底，其凸出肿胀的腹壳朝向底部，允许水从各个方向循环。被动水流取决于在沉积物上方弯曲的外壳前缘的开口与位于底部附近的耳朵开口之间的压力差。这种由其类似烟囱的功能产生的压力差会根据其在海底的位置而发生很大变化。因此，形成耳朵的前缘和外壳边缘必须保持流体动力学特性，不会因个体周围的微妙环境而导致故障。为了阐明这种功能是如何产生的，我们从流体动力学角度研究了作为凹凸形态的祖先的strophomeoid reptana的形状和流动之间的关系。使用流水装置和空心壳模型进行流水实验的结果发现，Reptana的壳形态具有类似于Productus物种中再现的被动水流形成功能的作用。然而，当流速增加时，在沉积物上弯曲的前缘产生很大的阻力，导致壳模型倾覆。凹凸形态的物种如果姿势颠倒的话，其边缘会卡在沉积物中而窒息而死。换句话说，蜥蜴的外壳形态被认为已经进化到具有烟囱般的水流形成功能，同时面临着生存姿势不稳定的困境。通过这项研究，我们开始看到一些迹象，表明灭绝生物的早期进化可以从“形式功能化”的角度来解释。隐藏在壳形成中的可塑性可能是深入理解功能化和多样性之间关系的关键。进一步的标本研究和形态分析的进展是必要的。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

漂泳生か遊泳性底生か―ハイポディクラノタス問題

漂流还是游泳底栖？ - Hypodiculanotus 问题

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Yamazaki;A. Miyazaki;T. Suehara;T. Namba;S. Asai;T. Kobayashi;H. Saito;Y. Tatematsu;I. Ogawa;and T. Idehara;宮崎彬，山崎高幸，末原大幹，難波俊雄浅井祥仁，小林富雄，斎藤晴雄，立松芳典，小川勇，出原敏孝;椎野勇太・桑水流理・鈴木雄太郎・大野悟志・増田智洋
通讯作者：
椎野勇太・桑水流理・鈴木雄太郎・大野悟志・増田智洋

絶滅腕足動物―機能を追及した奇妙なデザイン

灭绝的腕足动物：追求功能的奇怪设计

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Yamazaki;A. Miyazaki;T. Suehara;T. Namba;S. Asai;T. Kobayashi;H. Saito;Y. Tatematsu;I. Ogawa;and T. Idehara;宮崎彬，山崎高幸，末原大幹，難波俊雄浅井祥仁，小林富雄，斎藤晴雄，立松芳典，小川勇，出原敏孝;椎野勇太・桑水流理・鈴木雄太郎・大野悟志・増田智洋;椎野勇太
通讯作者：
椎野勇太

Stealth effect of red shell in Laqueus rubellus (Brachiopoda, Terebratulida) on the sea bottom: An evolutionary insight into the prey-predator interaction

Laqueus rubellus（腕足纲，Terebratulida）红壳对海底的隐形效应：对猎物与捕食者相互作用的进化洞察

DOI：
10.5402/2012/692517
发表时间：
2012
期刊：
ISRN Zoology
影响因子：
0
作者：
Shiino;Y. and Kitazawa;K.
通讯作者：
K.

『東大古生物学－化石からみる生命史』（第3章、第4章、第11章、第12章の執筆を担当）

《东京大学古生物学——从化石看生命的历史》（负责撰写第3、4、11、12章）

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Miyazaki;T. Yamazaki;T. Suehara;T. Namba;S. Asai;T. Kobayashi;H. Saito;Y. Tatematsu;I. Ogawa;and T. Idehara;佐々木猛智・伊藤泰弘
通讯作者：
佐々木猛智・伊藤泰弘