6,600万年前の大量絶滅の後、ヘビの食生活の多様性が爆発した

6,600万年前の大量絶滅の後、ヘビの食生活の多様性が爆発した 生物学
画像:ヘビの多様性の一例。左上から時計回りに。レインボーボア (Epicrates cenchria)、アマゾンの一般的なツリースネーク (Imantodes lentiferus)、Western worm snake (Carphophis vermis)、Two-striped forest pitviper (Bothrops bilineatus)、Parrot snake (Leptophis ahaetulla)、グリーンアナコンダ (Eunectes murinus). ©これらの種は、脊椎動物を捕食する一般的な種(レインボーボア、アナコンダ)から、寝ているトカゲ(ツリースネーク)、ミミズ(Western worm snake)、アマガエル(Parrot snake)を専門に捕食する種まで、その食性にはかなりのバリエーションがあります。

ヘビは、恐竜と共存していた祖先から進化したもので、当時は主に昆虫やトカゲを食べていたと考えられています。

しかし、6,600万年前に、数キロメートルの大きさの小惑星によって、恐竜のほぼすべてと、地球上の植物や動物の約4分の3の種が絶滅し、新生代初期に哺乳類や鳥類が見事に多様化するきっかけとなりました。

ミシガン大学の新しい研究によると、初期のヘビは、この生態学的な機会と、それによってもたらされた多種多様な餌を利用して、新しい食餌適応と餌の好みを迅速かつ反復的に進化させた。

この研究は、遺伝学的証拠と、博物館に保存されている標本から抽出した生態学的情報を組み合わせたもので、2021年10月14日にPLOS Biology誌のオンライン版に掲載されました。

研究代表者のMichael Grundler氏は、ミシガン大学の博士論文のためにこの研究を行い、現在はカリフォルニア大学ロサンゼルス校の博士研究員です。

ツリーフロッグの卵を食べているブラントヘッド・ツリースネーク

ツリーフロッグの卵を食べているブラントヘッド・ツリースネーク(Imantodes inornatus)の姿。©John David Curlis, University of Michigan Museum of Zoology.

絶滅の影響で多様化していた哺乳類や鳥類が、その頃からヘビの食生活に登場し始めたのです。

また、ナメクジやカタツムリだけを食べるヘビや、トカゲの卵だけを食べるヘビなど、特殊な食生活も登場しました。

このような食生活の多様化は、ヘビが新大陸に進出したときなどにも見られました。

ミシガン大学の進化生物学者である研究共著者のDaniel Rabosky氏は、「このことが示唆するのは、ヘビは生態系の機会を利用しているということです。このような機会は、絶滅によってもたらされることもあれば、古代のヘビが新しい土地に分散したことによってもたらされることもあります。」

Grundler氏とRabosky氏によれば、こうした食生態の変化が繰り返されることで、進化生物学者が「適応放散」と呼ぶ、異なる生息地や生活様式に適応した様々な新しい形態が生まれる重要な要因となったといいます。

現代のヘビは非常に多様で、世界中に3,700種以上の種が存在します。

また、アリやミミズなどの無脊椎動物しか食べない小さなLeaf-Litter Snakeから、カモシカほどの大きさの哺乳類を食べるボアやパイソンなどの巨大なコンストリクターまで、驚くほど多様な食生活をしています。

アマゾンの熱帯雨林に生息するエメラルドツリーボア(Corallus batesii)
ペルー・アマゾンのCat-eyed snake(Leptodeira semiannulata)。
ブラジルに生息するGreen vine snake(Oxybelis fulgidus)。
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では、噛むことのできない脚のない爬虫類は、どのようにして陸と海の重要な捕食者になったのでしょうか?

それを知るために、Grundler氏とRabosky氏はまず、現代のヘビ882種の食生活に関するデータセットを作成しました。

このデータセットには、科学者が野外でヘビに遭遇したときに出版された記録や、博物館で保存されている標本の胃内容物の分析結果など、ヘビの食生活を直接観察したデータが34,000件以上含まれています。

これらの標本の多くは、世界第2位の爬虫類と両生類のコレクションを有するU-M Museum of Zoologyから提供されたものです。

現在生きているすべての生物は、過去に生きていた他の生物の子孫です。

しかし、ヘビの化石は非常に少ないため、現在のヘビの祖先がどのように進化してきたのかを直接観察することはほとんどできません。

しかし、生きているヘビのDNAには、それらの関係が保存されています。

生物学者は、その遺伝子情報を取り出して、系統樹と呼ばれる家系図を作成することができます。

Grundler氏とRabosky氏は、今回の食餌データと、これまでに発表されたヘビの系統樹データを統合し、新しい数学モデルを構築しました。

ミシガン大学生態進化生物学部の准教授であり、動物学博物館の准学芸員でもあるRabosky氏は、「化石の情報がない大昔の種について知ることは不可能だと思うかもしれません。しかし、進化関係に関する情報と現在生きている種に関するデータがあれば、これらの洗練されたモデルを使って、はるか昔の祖先がどのようなものであったかを推定することができます。」

今回の研究では、K-Pg境界1K-Pg境界とは地質年代区分の用語で、約6550万年前の中生代と新生代の境目に相当する。の大量絶滅と呼ばれる恐竜の滅亡後にヘビの食生活が大きく変化したことに加えて、ヘビのグループが新しい場所に移住した際にも同様の爆発的な食生活の変化があったことが明らかになりました。

例えば、食生活の変化の速度が最も速かったのは、ヘビ上科のナミヘビが新大陸に渡ったときで、ある亜科では約200%の増加が見られました。

現在の世界のヘビの多様性のほとんどをナミヘビが占めており、南極大陸を除くすべての大陸に代表的なヘビが生息しています。

このグループには、すべての毒蛇とその他のほとんどの身近な蛇が含まれていますが、ボアやパイソン、ブラインドスネークやパイプスネークなどのいくつかの無名の蛇は含まれていません。

また、Grundler氏とRabosky氏は、ヘビが新しい食餌を進化させる速さには、非常に大きなばらつきがあることを発見しました。

盲目のヘビのように、進化の速度が遅く、アリやシロアリの幼虫を中心とした同じような食生活を何千万年も続けているグループもあります。

その一方で、700種以上の種を含むナミヘビの大きな亜科であるマイマイヘビがいます。

今回の研究では、約2,000万年前に新大陸に到来して以来、食生活の多様化が持続していることが明らかになりました。

サンゴパイプヘビ(Anilius scytale)は無害だが、危険な毒を持つサンゴヘビとよく間違われる。

サンゴパイプヘビ(Anilius scytale)は無害だが、危険な毒を持つサンゴヘビとよく間違われる。この種は、ヘビや脚のないトカゲ、脚のない両生類(カイアシ)など、細長い脊椎動物を専門に捕食する。©Dan Rabosky, University of Michigan Museum of Zoology.

この種のヘビには、Goo-Eaters、Hydrodynastes gigas、Oxyrhopus petolarius、Hognose snakeなどがいます。

彼らの多くは、捕食者を追い払うために咬まれると危険なサンゴヘビを模倣しており、現地では「サンゴヘビモドキ」として知られています。

Grundler氏は、「比較的短期間のうちに、ミミズ、魚、カエル、ナメクジ、ヘビのようなウナギ、さらには他のヘビにまで特化した種が進化したのです。ダーウィンの有名なフィンチのように、教科書に載るような進化の成功例の多くは、いくつかのヘビのグループのように印象的なものではありません。南米と中央アメリカのマイマイヘビは、その多様性のすべての面で爆発的に増加していますが、ヘビの生物学者のコミュニティ以外ではほとんど知られていません。」

Rabosky氏とGrundler氏は、博物館に保存されている標本から得られた情報がなければ、今回の研究は成功しなかったと強調しています。

「動物学コレクションは死んだ動物の倉庫だと思っている人がいますが、その固定観念はまったくの誤りです。今回の結果は、他の方法ではほとんど答えられないような質問に答えるために、これらのコレクションが世界的にも非常に優れた資源であることを示しています。」とRabosky氏は述べています。

Published by University of Michigan. Kristoffer N.T. Månsson et al., Rapid increase in snake dietary diversity and complexity following the end-Cretaceous mass extinction, PLOS Biology (2021). DOI: 10.1371/journal.pbio.3001414.