プリンキピア

第28章無脊椎動物

Subphylum Crustacea甲殻亜門

Crustaceans are the most dominant aquatic (both freshwater and marine) arthropods, with the total number of marine crustaceans standing at about 70,000 species. Krill, shrimp, lobsters, crabs, and crayfish are examples of crustaceans (Figure 28.41). However, there are also a number of terrestrial crustacean species as well: Terrestrial species like the wood lice (Armadillidium spp.), also called pill bugs, roly-polies, potato bugs, or isopods, are also crustaceans. Nonetheless, the number of terrestrial species in this subphylum is relatively low.
英語のヒント
甲殻類は、水生(淡水・海水)の節足動物で最も優勢な群で、海産の甲殻類は合計約7万種に達する。オキアミ、エビ、ロブスター、カニ、ザリガニなどがその例である(図28.41)。ただし陸生種も多数ある。ワラジムシ類の Armadillidium 属、すなわちダンゴムシも甲殻類であり、英語では pill bugs、roly-polies、potato bugs、isopods などとも呼ばれる。それでも、この亜門で陸生種が占める数は比較的少ない。
写真aは陸上のカニ、写真bは水中の鮮紅色のエビ。cは砂の上を歩くダンゴムシである。

OpenStax, Rice University; Biology 2e. (credit a: modification of work by William Warby; credit b: modification of work by Jon Sullivan credit c: modification of work by Franco Folini. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=789616) Original Franco Folini; Armadillidium vulgare 001 (panel c) is available under CC BY 2.5: https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ (CC BY option selected). · CC BY 4.0 · Source出典

Figure 28.41図 28.41
Crustaceans. The (a) crab and (b) shrimp krill are both aquatic crustaceans. The pill bug Armadillidium is a terrestrial crustacean. (credit a: modification of work by William Warby; credit b: modification of work by Jon Sullivan credit c: modification of work by Franco Folini. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=789616)
甲殻類。(a)カニと(b)エビ型のオキアミは、ともに水生の甲殻類である。ダンゴムシ Armadillidium は陸生の甲殻類である。(a:William Warby、b:Jon Sullivan、c:Franco Foliniの各作品を改変。https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=789616)
Crustaceans typically possess two pairs of antennae, mandibles as mouthparts, and biramous (“two branched”) appendages, which means that their legs are formed in two parts called endopods and exopods, which appear superficially distinct from the uniramous (“one branched”) legs of myriapods and hexapods (Figure 28.42). Since biramous appendages are also seen in the trilobites, biramous appendages represent the ancestral condition in the arthropods. Currently, we describe various arthropods as having uniramous or biramous appendages, but these are descriptive only, and do not necessarily reflect evolutionary relationships other than that all jointed legs of arthropods share common ancestry.
英語のヒント
甲殻類は通常、二対の触角、口器としての大顎、二叉型(二つに枝分かれした)の付属肢をもつ。脚が内肢と外肢という二つの部分からなり、外見上、多足類や六脚類の単叉型(一枝の)脚とは異なることを意味する(図28.42)。二叉型の付属肢は三葉虫にも見られるため、節足動物の祖先的な状態を表す。現在、さまざまな節足動物を、単叉型または二叉型の付属肢をもつと記述するが、これは形を記述するための区別にすぎない。すべての関節のある脚が共通の祖先に由来するという点を除けば、必ずしも進化上の関係を反映しない。
図Aはザリガニの二叉型、すなわち二つに枝分かれした脚。図Bは昆虫の単叉型、すなわち一枝の脚。体に近い側から遠い側へ、基節は体に付着する部分、転節は基節につながる小さな丸い部分である。腿節は脚で最も大きく、長いやや楕円形の部分。脛節は腿節に似た形だが、はるかに細い。脚の先端には跗節の各区画がある。

OpenStax, Rice University; Biology 2e. (credit b: modification of work by Nicholas W. Beeson) · CC BY 4.0 · Source出典

Figure 28.42図 28.42
Arthropod appendages. Arthropods may have (a) biramous (two-branched) appendages or (b) uniramous (one-branched) appendages. (credit b: modification of work by Nicholas W. Beeson)
節足動物の付属肢。節足動物の付属肢には、(a)二叉型(二枝)と(b)単叉型(一枝)がある。(b:Nicholas W. Beesonの作品を改変)
In most crustaceans, the head and thorax is fused to form a cephalothorax (Figure 28.43), which is covered by a plate called the carapace, thus producing a body plan comprising two tagmata: cephalothorax and abdomen. Crustaceans have a chitinous exoskeleton that is shed by molting and ecdysis whenever the animal requires an increase in size or the next stage of development. The exoskeletons of many aquatic species are also infused with calcium carbonate, which makes them even stronger than those of other arthropods. Crustaceans have an open circulatory system where blood is pumped into the hemocoel by the dorsally located heart. Hemocyanin is the major respiratory pigment present in crustaceans, but hemoglobin is found in a few species and both are dissolved in the hemolymph rather than carried in cells.
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多くの甲殻類では頭部と胸部が融合して頭胸部となり(図28.43)、背甲という板で覆われる。このため、体は頭胸部と腹部という二つの合体節からなる。キチン質の外骨格は、体を大きくしたり次の発生段階へ進んだりする必要があるたびに、脱皮によって脱ぎ捨てられる。多くの水生種の外骨格には炭酸カルシウムも入り、ほかの節足動物よりさらに強固になる。甲殻類は開放血管系をもち、背側にある心臓が血体腔へ血液を送り出す。主要な呼吸色素はヘモシアニンだが、少数の種にはヘモグロビンがある。どちらも細胞内に運ばれるのではなく、血リンパ中に溶けている。
ザリガニの正中矢状断の模式図。頭胸部を囲む背甲と、胸部背側にある心臓を示す。

OpenStax, Rice University; Biology 2e. (credit: Jane Whitney) · CC BY 4.0 · Source出典

Figure 28.43図 28.43
Crustacean anatomy. The crayfish is an example of a crustacean. It has a carapace around the cephalothorax and the heart in the dorsal thorax area. (credit: Jane Whitney)
甲殻類の体の構造。ザリガニは甲殻類の一例である。頭胸部を囲む背甲があり、心臓は胸部の背側に位置する。(提供:Jane Whitney)
As in the chelicerates, most crustaceans are dioecious. However, some species like barnacles may be hermaphrodites. Serial hermaphroditism, where the gonad can switch from producing sperm to ova, is also exhibited in some species. Fertilized eggs may be held within the female of the species or may be released in the water. Terrestrial crustaceans seek out damp spaces in their habitats to lay eggs.
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鋏角類と同様、多くの甲殻類は雌雄異体である。ただしフジツボなど、雌雄同体の種もある。また、生殖腺が精子の生産から卵の生産へ切り替わる、性転換型の雌雄同体を示す種もある。受精卵は雌の体内に保持される場合も、水中へ放出される場合もある。陸生甲殻類は、生息地内の湿った場所を探して産卵する。
Larval stages—nauplius or zoea—are seen in the early development of aquatic crustaceans. A cypris larva is also seen in the early development of barnacles (Figure 28.44).
水生甲殻類の初期発生では、ノープリウスやゾエアといった幼生段階が見られる。フジツボの初期発生には、キプリス幼生も現れる(図28.44)。
顕微鏡写真aはエビのノープリウス幼生。しずく形の体をもち、幅広い端には触角と、長く房のある腕がある。bはフジツボのキプリス幼生で、二枚貝に似た形である。cはミドリガニのゾエア幼生。エビに似ており、頭部を覆う大きな板状部分と、広い側から細くなる長い尾をもつ。

OpenStax, Rice University; Biology 2e. (credit a: modification of work by USGS; credit b: modification of work by Mª. C. Mingorance Rodríguez; credit c: modification of work by B. Kimmel based on original work by Ernst Haeckel) · CC BY 4.0 · Source出典

Figure 28.44図 28.44
Crustacean larvae. All crustaceans go through different larval stages. Shown are (a) the nauplius larval stage of a tadpole shrimp, (b) the cypris larval stage of a barnacle, and (c) the zoea larval stage of a green crab. (credit a: modification of work by USGS; credit b: modification of work by Mª. C. Mingorance Rodríguez; credit c: modification of work by B. Kimmel based on original work by Ernst Haeckel)
甲殻類の幼生。すべての甲殻類は異なる幼生段階を経る。(a)カブトエビのノープリウス幼生、(b)フジツボのキプリス幼生、(c)ミドリガニのゾエア幼生を示す。(a:USGSの作品を改変。b:Mª. C. Mingorance Rodríguezの作品を改変。c:Ernst Haeckelの原図に基づくB. Kimmelの作品を改変)
Crustaceans possess a brain formed by the fusion of the first three segmental ganglia, as well as two compound eyes. A ventral nerve cord connects additional segmental ganglia. Most crustaceans are carnivorous, but herbivorous and detritivorous species, and even endoparasitic species are known. A highly evolved endoparasitic species, such as Sacculina spp., parasitizes its crab host and ultimately destroys it after it forces the host to incubate the parasite’s eggs! Crustaceans may also be cannibalistic when extremely high populations of these organisms are present.
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甲殻類には、最初の三つの体節の神経節が融合した脳と、二つの複眼がある。さらに後方の体節の神経節は、腹側神経索でつながる。多くは肉食性だが、植物食性、腐食性、さらには内部寄生性の種も知られている。高度に進化した内部寄生種であるフクロムシ Sacculina 属などは、カニに寄生し、宿主に寄生虫の卵を抱卵させた後、最終的に宿主を死なせる。甲殻類は、個体密度が非常に高い場合には共食いすることもある。

Subphylum Hexapoda六脚亜門

The insects comprise the largest clade of arthropods in terms of species diversity as well as in terms of biomass—at least in terrestrial habitats.
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昆虫は、少なくとも陸上の生息地では、種の多様性でも生物量でも、節足動物の中で最大のクレードを構成する。
The name Hexapoda describes the presence of six legs (three pairs) in these animals, which differentiates them from other groups of arthropods that have different numbers of legs. In some cases, however, the number of legs has been evolutionarily reduced, or the legs have been highly modified to accommodate specific conditions, such as endoparasitism. Hexapod bodies are organized into three tagmata: head, thorax, and abdomen. Individual segments of the head have mouthparts derived from jointed legs, and the thorax has three pairs of jointed appendages, and also wings, in most derived groups. For example, in the pterygotes (winged insects), in addition to a pair of jointed legs on all three segments comprising the thorax—prothorax, mesothorax, and metathorax—there are veined wings on the mesothorax and metathorax.
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六脚類という名前は、6本、すなわち三対の脚があることを表し、脚数の異なるほかの節足動物群と区別される。ただし、進化の過程で脚数が減ったり、内部寄生などの特定の条件に適応して脚が大幅に改変されたりした例もある。体は頭部、胸部、腹部という三つの合体節からなる。頭部の各体節には関節のある脚に由来する口器があり、胸部には三対の関節のある付属肢がある。また、大部分の派生的な群では翅もある。例えば有翅昆虫では、胸部を構成する前胸、中胸、後胸のすべてに一対の脚があり、それに加えて中胸と後胸に翅脈のある翅がある。
Appendages found on other body segments are also evolutionarily derived from modified legs. Typically, the head bears an upper “lip” or labrum and mandibles (or derivation of mandibles) that serve as mouthparts; maxillae, and a lower “lip” called a labium: both of which manipulate food. The head also has one pair of sensory antennae, as well as sensory organs such as a pair of compound eyes, ocelli (simple eyes), and numerous sensory hairs. The abdomen usually has 11 segments and bears external reproductive apertures. The subphylum Hexapoda includes some insects that are winged (such as fruit flies) and others that are secondarily wingless (such as fleas). The only order of “primitively wingless” insects is the Thysanura, the bristletails. All other orders are winged or are descendants of formally winged insects.
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ほかの体節にある付属肢も、進化上は脚の変形に由来する。頭部には通常、上唇と大顎(または大顎が変化したもの)が口器としてあり、さらに、どちらも食物を扱う小顎と下唇がある。また、一対の感覚用の触角に加え、一対の複眼、単眼、多数の感覚毛などの感覚器官もある。腹部は通常11体節からなり、体外へ開く生殖孔をもつ。六脚亜門には、ショウジョウバエのように翅をもつ昆虫と、ノミのように二次的に翅を失った昆虫が含まれる。「原始的に無翅」の昆虫の目は、シミ目だけである。ほかのすべての目は翅をもつか、かつて翅をもっていた昆虫の子孫である。
The evolution of wings is a major, unsolved mystery. Unlike vertebrates, whose “wings” are simply preadaptations of “arms” that served as the structural foundations for the evolution of functional wings (this has occurred independently in pterosaurs, dinosaurs [birds], and bats), the evolution of wings in insects is a what we call a de novo (new) development that has given the pteryogotes domination over the Earth. Winged insects existed over 425 million years ago, and by the Carboniferous, several orders of winged insects (Paleoptera), most of which are now extinct, had evolved. There is good physical evidence that Paleozoic nymphs with thoracic winglets (perhaps hinged, former gill covers of semi-aquatic species) used these devices on land to elevate the thoracic temperature (the thorax is where the legs are located) to levels that would enable them to escape predators faster, find more food resources and mates, and disperse more easily. The thoracic winglets (which can be found on fossilized insects preceding the advent of truly winged insects) could have easily been selected for thermoregulatory purposes prior to reaching a size that would have allowed them the capacity for gliding or actual flapping flight. Even modern insects with broadly attached wings, such as butterflies, use the basal one-third of their wings (the area next to the thorax) for thermoregulation, and the outer two-thirds for flight, camouflage, and mate selection.
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翅の進化は、大きな未解決の謎である。脊椎動物の「翼」は、「腕」の前適応であり、腕が機能的な翼の進化の構造的な基盤となった。これは翼竜、恐竜(鳥類)、コウモリで独立に起きた。これと異なり、昆虫の翅の進化は、新たに生じる「de novo」の発達と呼ばれるもので、有翅昆虫に地球上での優勢をもたらした。有翅昆虫は4億2,500万年以上前に存在し、石炭紀までに、現在では大部分が絶滅した複数の目の有翅昆虫(古翅類)が進化していた。古生代の若虫が胸部の小さな翅状突起を使い、陸上で胸部の温度を高めていたことを示す、確かな物的証拠がある。突起は、半水生種の、関節をもつかつての鰓蓋だった可能性がある。脚は胸部にあるため、温度を高めれば、捕食者からより速く逃げ、より多くの食物資源や配偶相手を見つけ、より容易に分散できるようになる。胸部の翅状突起は、真の有翅昆虫が現れる前の昆虫化石にも見られる。滑空や実際の羽ばたき飛行が可能な大きさになる前に、体温調節のために選択されていたと十分に考えられる。チョウのように翅の付着部が広い現生昆虫でも、翅の基部3分の1、すなわち胸部の隣の部分は体温調節に使い、外側3分の2は飛行、カモフラージュ、配偶相手の選択に使う。
Many of the common insects we encounter on a daily basis—including ants, beetles, cockroaches, butterflies, crickets and flies—are examples of Hexapoda. Among these, adult ants, beetles, flies, and butterflies develop by complete metamorphosis from grub-like or caterpillar-like larvae, whereas adult cockroaches and crickets develop through a gradual or incomplete metamorphosis from wingless immatures. All growth occurs during the juvenile stages. Adults do not grow further (but may become larger) after their final molt. Variations in wing, leg, and mouthpart morphology all contribute to the enormous variety seen in the insects. Insect variability was also encouraged by their activity as pollinators and their coevolution with flowering plants. Some insects, especially termites, ants, bees, and wasps, are eusocial, meaning that they live in large groups with individuals assigned to specific roles or castes, like queen, drone, and worker. Social insects use pheromones—external chemical signals—to communicate and maintain group structure as well as a cohesive colony.
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アリ、甲虫、ゴキブリ、チョウ、コオロギ、ハエなど、日常よく出会う昆虫の多くは六脚類の例である。このうちアリ、甲虫、ハエ、チョウの成虫は、地虫状またはイモムシ状の幼虫から完全変態で発達する。一方、ゴキブリやコオロギの成虫は、翅のない未成熟個体から、漸進的な不完全変態で発達する。成長はすべて未成熟期に起こる。成虫は最後の脱皮後、それ以上成長しないが、大きくなることはある。翅、脚、口器の形態の違いが、昆虫の膨大な多様性を生む。送粉者としての活動や、顕花植物との共進化も、その多様化を促した。特にシロアリ、アリ、ミツバチ、スズメバチなどの一部の昆虫は真社会性であり、大きな集団をつくり、女王、雄、働き個体などの特定の役割や階級が各個体に割り当てられる。社会性昆虫は、外部へ出す化学信号であるフェロモンを使って情報を伝え、集団構造とまとまりのあるコロニーを維持する。