翼形態型腕足類の殻形態に見られる機能的最適性：受動的採餌流の形成能力とその進化

在翼形腕足动物外壳形态中观察到的功能优化：形成被动摄食流的能力及其进化

基本信息

批准号：
10J07546
负责人：
椎野勇太
金额：
$ 1.79万
依托单位：
National Museum of Nature and Science, Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2013-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

古生代中期に大繁栄した翼形態型腕足動物スピリファー類は,殻の形態機能によって自動的に殻内外の水を交換できる「ろ過機能体」であった.具体的には,翼形態種の殻正中線上に見られる湾曲部が,自動的な流入・流出を助ける圧力差を殻の開口部に生み出し,殻内側でらせん状渦流を発生させる形態機能を持つ.これによって,翼形態種が殻内側に持っている螺旋状の採餌器官を用いて効果的な採餌を行う適応形態であった.一方,「燕石」の所以でもある側方に伸びた翼様形態については,殻内側で生じる渦流に関与していることが予想されつつも,翼形態まわりに生じる乱流現象によって,具体的な機能や効果は不明であった.この問題を解決するために,翼の発達したCyrtospirifer cf. verneuiliを用いて流水実験および流体解析の比較研究を行い,その上で流体解析のデータを慎重に検討した.その結果,翼を持つスピリファーの受動的採餌水流は,翼形質の開口部付近で流れが剥離し,開口部と殻の下流側に生じる大きな剥離渦が強く影響していることがわかった.そしてこの剥離渦が開口部付近の流れを断続的に引きずるような挙動となり,殻の内側で渦が形成された.これら一連の研究結果を踏まえると,これまでに扱ってきた短翼形のスピリファー類は,水の流入と渦流の形成をサルカスだけで担う一方,長翼形のスピリファー類はサルカスの機能によって水を流入させ,翼様形質の効果によって渦流を形成していたと結論付けられる.つまり,前者は特定の安定した環境で効果を発揮し,後者は形質の持つ機能を役割分担(リスク軽減)をすることで幅広い環境へと適応することができたかもしれない.翼の未発達な種に比べ,様々な環境から長い翼を持つ種が産出することが知られており,形態機能の"ロバストさ"が幅広い適応環境を生み出していたことが強く示唆される.

古生代中期繁盛的翼形腕足动物Spirifers是一种“过滤体”，可以通过其外壳的形态功能自动交换外壳内外的水分，线上看到的弯曲部分会产生压力。壳体开口处的差异有助于自动流入和流出，并具有在壳体内部产生螺旋涡流的形态功能。这使得翼型能够在壳体内移动。它是一种适应形式，利用其螺旋状的觅食器官有效地进行觅食。另一方面，横向延伸的翅膀状形状，即“玛瑙”名称的由来，是在贝壳内部形成的。虽然预测其参与涡流，但由于机翼形状周围发生湍流现象，具体功能和效果尚不清楚。参见我们利用M. verneuili进行了流动实验和流体分析的比较研究，然后仔细考虑了流体分析数据。结果，我们发现有翅飞针虫的被动摄食流发生在翼质开口附近。流动，开口和壳体下游发生大分离结果发现，涡流具有很强的影响力。分离出的涡流表现为间歇性地拖曳开口附近的流动，并在壳内形成涡流。基于这一系列的研究结果，到目前为止我们所处理的特点是水的流入和涡流。可以得出这样的结论：长翅旋虫仅靠沟形成，而长翅旋虫则通过沟的作用让水流入，并通过翼状特征的作用形成漩涡。后者负责特征功能的角色共享（风险降低）可能使它们能够适应广泛的环境。众所周知，与翅膀不发达的物种相比，长翅膀的物种是在多种环境中产生的，而且它们的形态强烈表明，长翅膀的物种具有“鲁棒性”。该功能创造了广泛的适应性环境。