毒蛇の牙の由来

生物学

毒牙とは、噛まれた傷口に毒液を送り込むための溝や管がある特殊な歯のことです。動物の中では珍しく、溝や管状の歯はヘビの中で何度も進化してきました。

2021年8月10日、英国王立協会紀要(Proceedings of the Royal Society B)に掲載された我々の新しい研究によると、この進化は、おそらくヘビの歯をソケットに固定するための歯の構造が変化したことによって起こったと考えられる。ある種のヘビでは、この構造が歯の長さに沿った溝に進化し、毒を運ぶための便利な導管として機能していたのです。

毒蛇の牙

約4,000種のヘビのうち、病院での治療が必要なほど咬まれる可能性のある「医療上重要なヘビ」は約600種だが、それ以外の多くのヘビは牙が小さく、軽度の毒しか持っていない。軽度の毒の出現は、ヘビの毒牙の出現よりも先だと考えられている。

毒牙の位置は、カニクイミズヘビ、レプトデイラ、ツイッグスネーク、ブームスラングのように口の奥に固定されているもの、コブラ、サンゴヘビ、アマガサヘビ、タイパン、ウミヘビのように口の前に固定されているもの、アダークサリヘビ科)、バイパークサリヘビ科)、ガラガラヘビ、モールバイパーのように口の前にあり、後ろや横に折りたたむことができるもの、の3つに大別されます。

ヘビの牙の種類と口の中での位置

ヘビの牙の種類と口の中での位置。左は後牙のカニクイミズヘビ、中は前牙が固定されているタイパン、右は前牙がヒンジ状になっていて後ろに折り畳めるガブーンバイパーというヘビ。©Alessandro Palci

繰り返される牙の歴史

ヘビの進化系図を見ると、すべての牙を持つヘビの最新の共通祖先は、おそらく牙のない状態だったと考えられます。これは、牙が一度獲得された後、何十もの異なるヘビの系統で独立して失われたという代替案よりもはるかに可能性が高いと思われます。

では、ヘビはどのようにして、祖先の単純な円錐形の歯から注射器のような歯へと繰り返し進化したのだろうか?

この疑問を解決するために、私たちは、ヘビの歯とその発達過程を詳しく調べました。私たちは、毒蛇と非毒蛇、そして初期の化石を含む19種のヘビを調査しました。顕微鏡でスライドを観察する伝統的な方法と、最先端のマイクロCTスキャンや生体力学的モデリングを用いました。

ヘビの歯の秘密:歯の折り紙

毒をもつ蛇ももたない蛇も、ほぼすべての蛇の歯は、根元がしっかりと折りたたまれていて、断面を見るとシワシワになっていることがわかりました(下の図の赤い部分の牙の断面図のシワ)。

毒蛇タイパンの頭蓋骨。左牙のクローズアップを縦横に切り分けて、根元の三叉襞と毒の溝の関係を示している。図のVENOMは毒。FANGは牙。GLANDは腺。©Alessandro Palci

これは象牙質という歯の層に発生するもので、ラテン語で「折り目」を意味する「プリカ」に由来する「プリシデンチン」と呼ばれるものです。プリシデンチンは、絶滅した多くの動物や、生きている魚やトカゲの一握りの種から発見されています。この折り目の機能ははっきりしていないが、一説には、噛んだときに歯が折れたり曲がったりしにくくなるといいます。

しかし、この説を検証するために、折り目のある歯とない歯のデジタルモデルを使ってコンピュータシミュレーションを行ったところ、そうではないことがわかりました。

ヘビは、サメのように一生の間に歯を交換しますし、歯のポケットも深くありません。そのため、折り目があることで、浅いソケットに新しい歯を最初に取り付ける際の面積が広くなり、改善されるのではないかと考えたのです。

蛇の歯の折り返しの本来の機能に関わらず、本当に興味深いのは、毒蛇の場合、折り返しの1つが他のものよりはるかに大きく、歯の上まで伸びて、毒の溝を作っていることです。

このような長い溝は、他の種の歯にも見られることがあります。例えば、毒を持つギラモンスターは、すべての歯に三叉のひだとそれに関連する溝を持っている。重要なのは、ギラモンスターの溝付きの歯は、毒腺から離れた口の中に存在することがあり、両者の間には断絶があることを示唆していることである。また、毒蛇の中には、毒牙以外の歯にも溝がある場合があるが、そのような歯は毒腺につながっていないことがわかりました。

つまり、溝のある歯は、毒腺やその管から離れていても、口の中の至る所に存在する可能性があり、私たちは、プリシデンティンの存在と毒の溝との間に明確な関係があることを発見したのです。このことから、毒蛇の本来の姿は、毒腺とは関係なく、単純に板状のヒダが肥大化した結果、歯にランダムに溝が発現したのではないかという仮説を立てました。

次に、毒蛇の溝付きの牙と毒腺が一緒に進化して、効率的に毒を運ぶ構造になったのではないかと考えました。

ガブーンバイパーの毒牙

ガブーンバイパーの毒牙、上部には毒の溝がある。©Alessandro Palci

現在の有毒種の祖先では、毒腺(またはその前駆体であるDuvernoy’s glandsと呼ばれる改良唾液腺)の存在が、溝状の歯を拡大した毒牙に改良するための重要な前提条件でした。

毒腺の排出口の近くに溝付きの歯が現れると、自然選択により、その歯が毒を注入するのにより効果的になるため、大きさと効率の向上が好まれたのではないかと考えています。

このような進化の過程を経て、現在、コブラやクサリヘビなどのヘビに見られる、溝の端が合わさって針のような筒状になっている大きな注射器のような牙が生まれたのです。

今回の発見は、プリシデンタル(歯の取り付けに関係すると思われる歯の根元のしわ)のような単純な祖先の特徴が、まったく新しい機能(毒を注入するための溝)のために修正され、再利用されることを示している。そしてこのことは、ヘビがあらゆる動物の中でもユニークな存在として、毒牙を何度も進化させてきた理由を説明するのに役立つでしょう。The Conversation

著者情報:アレッサンドロ・パルチ1フリンダース大学 進化生物学研究員アーロン・ルブラン2キングス・カレッジ・ロンドン 脊椎動物古生物学博士研究員/Olga Panagiotopoulou3モナシュ大学 上級講師
This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article. DOI:10.1098/rspb.2021.1391

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