収斂進化

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モグラとケラは前足の構造がよく似ている。ヨーロッパモグラ Talpa europaea

ケラの一種Gryllotalpa gryllotalpa

収斂進化（しゅうれんしんか）とは、複数の異なるグループの生物が、同様の生態的地位についたときに、系統に関わらず身体的特徴が似通った姿に進化する現象。

[編集] 概説

明らかに類縁関係の遠い生物間で、妙に似通った姿、あるいは似通った器官を持つ場合がある。中にはジャコウアゲハの幼虫とシカクナマコの子供のように、どう考えても関係がない場合もあるが、それぞれにその姿をしているのが生活の上で役に立っていると分かる場合もある。たとえば、モグラの前足は分厚く、爪が強く、指その物は短くなっており、明らかに穴を掘るために役立つ形である。ところが、同じく穴を掘って暮らしている昆虫のケラの前足を見ると、やはり丸っこくて、周りに爪状の突起があって、動かし方も良く似ている。これらは、いずれも穴を掘るための器官としての適応の結果であると考えられる。この様な現象の事を収斂進化、あるいは単に収斂と言う。

特にこのような例が見られるのは、異なる地域で生物相が大きく違っているのに、似たような場所で似たような生活をしている生物同士の間で見られる。これは、それらの生物が、それぞれの生物群集の中で、非常によく似た生態的地位にある場合に見られる、と言われる。つまり、同じような生活をするものには、同じような形態や生理が要求され、そのため似た姿に進化する、というのである。たとえばオーストラリアの有袋類であるフクロモモンガとリスの仲間であるモモンガとは、外見が非常によく似ている。この様な現象は、様々なところで見受けられるが、特に、空を飛ぶとか、穴を掘るとか、水中を高速で移動するとか、生物にとって拘束の大きい条件下で特によく見掛けられる。形態の選択肢が少ない、と言ったところであろう。

生理的な面での収斂現象もある。たとえば動物は排出器を通じて窒素を含む分解産物であるアンモニアを排出するが、この物質は水に溶け、動物体には有害である。このため、水生動物はそれを水に溶けた形で排出する。しかし、陸では水分補給が限定されるから、このような排出は行えず、しかも体内に蓄積するわけにも行かない。そのため、爬虫類や鳥類ではアンモニアから尿酸を合成し、固形物の形で排出する。同様に陸上節足動物である昆虫なども尿酸を排出する。これらの分類群は全く独立に陸上進出したものであるから、この性質も独立に身につけたものであるはずである。

[編集] 関連する現象

収斂は、全身の姿にも、個々の器官にも見られる場合がある。先のモグラとケラの例では、それぞれの前足がそっくりであるだけでなく、全身の姿にもやや類似が見られる。体表が細かい毛で覆われている点も似ている。前足に関しては、モグラでは内骨格の五本指の掌からの変形であるのに対して、ケラでは外骨格の形態の変化で似た姿になっている。この例のように、本来は異なった起源をもつ器官が、類似の働きと形をもつ場合に、それらのことを相似器官と言う。

なお、収斂が起きるときには、様々な系統から、同じような形へと進化して行く。つまり、同じ方向への進化が異なった場で起きているので、この現象を平行進化という。

また、下で述べる有袋類の多様化のような現象は適応放散と呼ぶ。これは起源を同じにする生物が、異なった環境の要求に応じて多くの異なった姿になったというふうに解せられる。いわば収斂の逆の現象であるが、それぞれの地域での適応放散の結果が、それぞれの個々を見比べた場合に収斂を起こしているのもよくある現象である。

なお、異なった生物の間によく似た形質が見いだされる例に、擬態がある。ただし、これはどちらか片方が、もう片方の種に似た姿であることで何らかの利益を得るため、それに似る方向に進化したものであり、モデル生物なしにはその存在が考えられない。その点で、収斂はモデルとは無関係に、その姿に適応的意味があるので、異なった現象と言える。しかし、比較的近縁な生物が同様な保護色を身にまとえば同じような形になりやすい、と言うようなこともあるから、両方が働く場合もあり得る。

[編集] 例

哺乳類のうち有袋類のフクロ○○という動物と有胎盤類（真獣類）の○○という動物

オーストラリア大陸には本来は有袋類以外にはほとんど哺乳類が存在しなかった。これは、有袋類が分化した時期より少し後、真獣類が分化する前に他の大陸から分離し、その後陸続きになることがなかったためと言われる。したがって、他の地域ではさまざまに分化し、多くの目に分かれた哺乳類たちが占めた生態的地位を、有袋類（と単孔類）のみで占めることとなった。事実、有袋類に見られる多様性はクジラなどを除けば真獣類のすべてにほぼ匹敵するほどにもなっている。その中で他の地域ですでに名前を付けられた動物に似た姿のものがオーストラリアで発見された場合、その名にフクロをつけて呼ばれることが多かった。その、名の元になったものと、フクロ付きのものの関係が収斂である。以下に代表的な例を挙げる。

フクロネコとネコ：小型脊椎動物を補食
フクロアリクイとアリクイ：小型無脊椎動物を補食
フクロモグラとキンモグラ（モグラよりむしろこちらの方が似ている）：砂に潜って小動物を漁る。
フクロオオカミとオオカミ：大型動物を追跡して捕食

フクロネズミはネズミというよりジネズミなどに似ているが、この例は、どちらかと言えば哺乳類の原始的形態に近い姿をもつ、つまりあまり特殊化していないものであるために似た姿なのであって、収斂と言うのは当たらないかもしれない。

ピロテリウムとゾウ

魚竜とイルカとサメ

これらは水中を高速で遊泳する姿への進化である。特にイルカと魚竜の場合、いずれも陸生動物からの水中への適応であり、非常に似た姿である。魚竜は爬虫類でありながら卵胎生で子供を産む点でも共通する。つまり生理に於ける収斂である。ついでに、体色においても(魚竜のそれは不明だが)背面の黒、腹面が白というほぼ共通の配色をもつ。これは水中での保護色の基本でもある。なお、大きな違いとしてはサメ、魚竜の尾ひれは左右から扁平なのに対して、イルカの尾ひれは上下から扁平である。爬虫類の運動が体を左右にくねらせるのに対して、哺乳類ではそれが抑えられていることに起因するのかも知れないが、部分的には選択肢もある、と言うところである。

ペンギンもこれらとかなり似通った外形、配色を持つ。外形等にかなりの差があるが、これは系統の制約というべきであろう。

昆虫の翅と鳥・コウモリ・翼竜それぞれの翼も収斂進化の例として挙げられる。このうち、後三者のそれはいずれも脊椎動物の前足に由来するものであるから相同器官ではあるが、それぞれ独立に発達したものなので収斂と言って良いだろう。おのおのの翼の構造は全く異なる。鳥の場合は太くて狭い腕に羽毛が生えて幅広い翼を形成している。コウモリと翼竜のそれは長く伸びた指の間に膜を張ったものであるが、コウモリは四本の指の間に張ってあるのに対して、翼竜はたった一本の指でそれを支える。このように構造的には異なっているものの、全体的な翼平面形（概ね先細の細長い形状）や翼型（全体に薄い断面形）は良く似ている。これは、流体力学・構造力学的な要請から、飛行のために適当な翼形状が自ずと決まってくることによる。一方、昆虫の翅は起源も異なり、サイズと飛行速度が小さくレイノルズ数が小さい（鳥などが10⁴ - 10⁵程度であるのに対して、10³ - 10⁴程度）ため、構造や翼型にはかなりの差も見られるが、それでも全般的な形状としては似ており、翼の一種として扱える。たとえばトンボの翼型は流線形ではなくギザギザした平板状ではあるもののやはり薄く、平面形もわりと細長い。ほかにはたとえばコガネムシの後翅は折りたたみ方がコウモリのそれとよく似ている。これは細い骨組みで支えられた膜からなる翼を、うまく折りたたむための収斂と見ることもできる。

[編集] 植物の場合

植物の場合にも、類似の例はある。

乾燥した地域に生育する多肉植物には、系統が異なってもよく似た姿のものが見られる。特に、サボテン科とトウダイグサ科のものにはそっくりなものが多々ある。
食虫植物では、ウツボカズラとサラセニア、それにフクロユキノシタが互いによく似たしくみの落とし穴式の罠を葉に形成する。
水草にも互いによく似たものがある。例えばスイレンとハスは最近まで同じスイレン科に入れていたが、全く系統の異なるものであることがわかった。ミツガシワ科のアサザ、トチカガミ科のトチカガミなども見かけは似ている。

[編集] 微生物の場合

微生物においても、たとえば細胞性粘菌のタマホコリカビと接合菌のケカビのように、縁の遠いものにも外見のよく似たものが見られる例はある。これを収斂ということはできなくはないが、むしろ、構造が小さいために形態に関してあまり選択肢が多くなく、どうしても似てしまう、という傾向があるようである。分生子形成菌（不完全菌）にも、単純な分生子を形成するものには、その有性世代がわかった場合、複数の系統が含まれていたという例がある。鞭毛虫は、極めて多様な系統の生物の集まりであるが、系統を異にするものにもその外形に似た形のものがよくあるのも同様に考えて良いだろう。

ただし、たとえばタイヨウチュウは、はっきりした特殊な活動の型を持っていながら、多系統であることがわかっている。これは真の意味での収斂の例と見て良いかも知れない。