クエリ: 地球上で最大の脳を持つ生物は?
文章: クジラ 以前は脳の大きさは動物の知性の主な指標として考えられていた。脳のほとんどの部分は身体機能の維持に使用されるため、脳重量比が高ければ高いほど、より複雑な認知技能に利用できる脳重量が増えることを示唆する。アロメトリー分析によると、哺乳類の脳の大きさは体重の約2/3乗または3/4乗に比例する。動物の脳の大きさをアロメトリー分析に基づいて予想する脳の大きさと比較するものに脳化指数があり、この指数は動物の知性の指標の一つとして使用される。マッコウクジラは地球上の動物では最大の脳重量を有し、成長した雄の平均の脳の大きさは8000 cm(立方センチメートル)であり、重量は7.8 kg(キログラム)である。これに比較すると成人男子の平均の脳の大きさは1450 cmである。ベルーガやイッカク等のハクジラの脳重量比は人間に次いで高い。 小規模なクジラは複雑な遊戯を行うことで知られている。例として、水中で安定した空心のドーナツ状渦巻きリングや「バブルリング」を作る遊びがある。バブルリングの作成には、水中で急速に空気を吐き、これが水面上にリングとして表出するものと、反復的にリング状に泳ぎ停止することでらせん渦に空気が噴出する、主な2つの方法がある。彼らはまた渦巻き状のリングを噛むことを楽しむようで、多数の別々のバブルに飛び込み、急速に水上に上昇したりする。これをある種のコミュニケーションと考える者もいる。クジラはまた漁のためにバブルネット(泡の網)を作ることで知られている。 大規模なクジラもある程度、遊ぶと考えられている。例えばセミクジラは尾ひれを水上に上げ、長時間そのままのポジションを保つ。これは「セーリング」として知られる行動で、遊びの一種と考えられ、アルゼンチンや南アフリカの沿岸で最もよく見られる。ザトウクジラもこれを行う。
文章: 人間原理 ジョージ・エリスは、通説となっている膨張するモデル宇宙に対して、裸の特異点のあるモデル宇宙を提唱し、地球は特異点と正反対の最も遠い場所に位置すると提唱した。物質の密度が特異点付近ほど濃いため、銀河の分布は一様ではなく、地球の周りでは極めて薄いとされる。このように物質の分布が偏っていると光の赤方偏移が生じ、地球からは各銀河が遠ざかっているように見える。そして、地球がなぜ裸の特異点と正反対に位置するかと言えば、特異点に近づくほど温度が高くなるなど、生物の存在に適さない環境となるため、生物=人間が存在する地球は、特異点から最も離れているべきとする。 スティーヴン・ホーキングは、宇宙の時間が逆転する可能性を述べた上で、そのような現象を人間は観測できないとした。人間が宇宙を観測する時、それは人間の脳に記憶として蓄積されるが、時間が逆転すれば記憶は失われていくので、観測は不可能になる。よって、時間が過去から未来へと進むのは、人間がそのような時間の流れる宇宙しか観測できないからとした。 文章: 脳 (食用) 動物行動学者のジェーン・グドールは、チンパンジーがアカコロブス(英語版)という猿を捕食した際、どのように肉を分け合っているかを調べた。その結果、赤ちゃんザルや子ザルなどの未成熟な個体だった場合には頭を先に食べるが、成熟したサルを頭から食べることは滅多にないことが判明した。子ザルの脳は取り出しやすいのに対して、頭蓋骨が発達した成長した個体の脳は取り出しにくく、他の肉(次に栄養がある内臓部)の方が手軽であるのが理由とされている。脳は、神経系の発達を促す脂質と長鎖脂肪酸を豊富に含んでいて、栄養的に貴重であるという。 文章: タイタンの生命 地球のあらゆる生命(メタン菌も含む)は溶媒として液体の水を使用している。同様にタイタンの生命を考える場合、水の代わりにメタンやエタンといった液体の炭化水素を溶媒として使うことが想像できる。 水は炭化水素よりも様々なものを溶解させる能力が高い溶媒であるという利点を持つ。一方で水は化学反応性も高く、不安定な有機分子は加水分解などによって破壊されてしまうこともあるという危険な一面持っている。炭化水素を溶媒として使う生命は、生体分子をこうして破壊されてしまうリスクから逃れることができる。 タイタンの地表には液体エタンまたはメタンの湖が存在しており、また川や海もあり、いくつかの科学モデルは仮説上の水によらない生命の存在を示唆する。 タイタン地表の川や湖を形成する液体メタンとエタンの中に存在する生物は、地球の水の中の生物のような存在だと推測できる。仮説上のこうした生物は、酸素の代わりに水素を取りこみ、グルコースの代わりにアセチレンと反応させ、二酸化炭素の代わりにメタンを吐き出すと予想される。一方で、地球のメタン菌は水素と二酸化炭素の反応でエネルギーを獲得し、メタンと水を生み出している。 2005年、宇宙生物学者のクリストファー・マッケイ(英語版)とHeather Smithは、もしメタン生成生物が大気中の水素をある程度消費していれば、タイタンの対流圏の混合比に測定可能なレベルで影響を与えているはずであるという予測を行った。影響があるとすれば、水素とアセチレンの濃度が通常想定される量よりも有意義に減少しているとされた。 文章: セコイアデンドロン 一般的に、セコイアデンドロンは地球上で最大の生物といわれる。2022年現在、最も体積が大きな個体はセコイア国立公園の「シャーマン将軍 (General Sherman)」(下図6a)、2番目の個体はキングズ・キャニオン国立公園の「グラント将軍 (General Grant)」(下図6b)である(表1)。また、セコイアデンドロンは、セコイアに比べると樹高は低いが、それでも最大のものは 94.9 m に達する。 ただし1945年ごろに伐採されたセコイアのある個体は、体積が 1,743 m に達したと考えられており、シャーマン将軍よりも大きかった。また、どの範囲までを「個体」とするのかは必ずしも明瞭ではなく、1つの山を覆っている根でつながった(つながっていた)ポプラやタケのクローンを1個の生物とみなすことも可能である。ナラタケ属(担子菌類)の1個の菌糸体は、少なくとも15ヘクタールに広がっていることも報告されている。さらに、セコイアデンドロンにおいて、生きている部分はごく一部である。セコイアデンドロンに限らず木(木本植物)の中で生きている細胞は茎や根の表層(樹皮下層)および葉に限られており、大部分は死んだ細胞(細胞壁のみ)からできている。 セコイアデンドロンは長命でもあり、年輪の測定による確実な例としては、1870年ごろに Converse Basin で伐採された樹齢3,266年の個体(標本番号 RMTRR 2006)がある。 文章: 大量絶滅 古生代後期のペルム紀末、P-T境界(約2億5100万年前)に地球の歴史上最大の大量絶滅が起こった。海生生物のうち最大96%、すべての生物種で見ても90%から95%が絶滅した。すでに絶滅に近い状態まで数を減らしていた三葉虫はこの時に、とどめをさされる形で絶滅した。 この大量絶滅は化石生物の変化から実証されているが、絶滅の原因にはいくつかの仮説がある。 また、間接的な原因として、当時の陸上生態系が現在よりも不安定だった(肉食動物と植物食動物の比率が危うい)ことも指摘されている。 文章: 松本元 物性物理学(磁性体の研究)から、生物物理学へと研究を移し、日本生物物理学会会長も務めた。物理畑出身の生物学者として、電子技術総合研究所(現在の産総研)におけるライフサイエンス分野の研究の黎明期を担った。脳機能の解明に向けた研究で知られる。 研究テーマは、脳と同じ原理で情報処理を行う「脳型コンピュータ」の開発と、この研究を通じて「人間の脳」の仕組みを解明することにあった。まず松本は、電子技術総合研究所において、ヤリイカの人工飼育法の開発に着手した。巨大軸索をもつヤリイカは、モデル生物として最適であるが、生きたまま輸送し、人工飼育を実現することは不可能とされ、研究を進める上でのボトルネックとなっていた。動物行動学の権威で、ノーベル医学生理学賞を受賞したコンラッド・ローレンツから「人工的な飼育が不可能な唯一の動物」とすら言われていたが、本来、動物行動学とは無縁であった松本は周囲が「気が狂ったのではないか」と言うほどヤリイカに情熱を傾け、苦心の後、定常的に飼育する方法を開発するに至った。 巨大神経細胞が豊富に得られるようになった松本のグループは次々と研究成果を挙げ、脳・神経科学の分野で世界的な業績を生み出した。電総研の地下にはヤリイカの水槽がいくつもあり、見学者に「色がきれいだろう」と紹介したり、イカ焼きパーティーでヤリイカを振る舞ったりした。1970年頃、イカの死因は精神的ストレス説が主流であったが、松本は環境説を唱え、3年の努力の結果アンモニア濃度が原因と発見した。アンモニアを吸着し、測定できないほどに濃度を下げるとイカは何日か飼うことができた。さらに、アンモニアを分解するバクテリアを積極的に培養するバイオフィルターを採用することで、60日の飼育に成功した。 その後、脳型コンピュータの開発を行うため理化学研究所に移り、脳科学総合研究センターのディレクターとして研究を行い、ラット大脳海馬神経系での学習アルゴリズムを細胞下レベルで研究し、「脳がみずからを創る」戦略としての学習のモデルを提案し、これをシリコンLSIチップ化し、応用展開を試みていた。 文章: ヒトの脳 ヒトの脳は、全ての脊椎動物の脳と共通した多くの特質がある。またその多くの特徴は哺乳類の脳と共通しており、特に6層からなる大脳皮質、海馬や扁桃体といった一連の構造が挙げられる。他の多くの哺乳類に比べると、ヒトの皮質の比率は大きい。ラットやネコのような小動物に比べると、ヒトは連合皮質、感覚や運動に関わる部位が大きい。 ほとんどの哺乳類に比べると、霊長類としてヒトの脳は、体のサイズに比べると大脳皮質がかなり大きく、非常に発達した視覚系を持つ。 ヒト科としてヒトの脳は、典型的なサルの脳に比べてすら相当に増大している。アウストラロピテクス(400万年前)からホモ・サピエンス(現代のヒト)という人類の進化の過程は、脳容量の継続的な増加という点で特徴づけられる。脳が増大するにつれ頭蓋骨の大きさと形状は変化し、ホモ・ハビリスで 600 cm だった脳体積がネアンデルタール人では 1520 cm となった。DNA、遺伝子発現、遺伝子・環境相互作用(英語版)は、ヒトの脳の機能と霊長類のそれとの違いを説明する助けとなる。 文章: 脊椎動物 まず5億3,000万年前(カンブリア爆発の頃)には、ハイコウエラ(英語版)というナメクジウオのような全長3センチメートルほどの生物の化石が発見されているが、この生物は脊椎動物の特徴を一部持ち合わせている。具体的にはナメクジウオと同様、懸濁物食をしていたと思われる口を持ち合わせている一方、脊椎動物のようなよく発達した脳、小さな眼、魚類に似た筋節構造を持っている。 ミロクンミンギアは頭部を獲得した最古の脊索動物だと考えられており、脳や眼を備えた頭部の獲得により複雑な動きや摂餌行動ができるようになったが、まだ脊椎は獲得していない。 最古の脊椎動物は5億年ほど前に現れており、その一つであるコノドント類は、軟骨性の内骨格しか持っていない。 文章: 生命の階層 生命の階層とは、還元主義によって生物を定義するのに用いられるヒエラルキーで、生物学的構造および体系を複雑系科学に基づき階層付けるものである。一般的に、その階層は原子から生物圏に及ぶ。生命の階層の上級部にある考え方として生態の階層、派生として階層的生態が挙げられる。 この階層の中では、いずれの階級に位置する事物もその階級における基礎単位であり、個々の事物は更なる組織的複雑性を有する。また、生命の階層を裏付ける基本的原理は創発の概念であるが、これは「ある階級に著される特性や機能はその一つ上の階級に対してのみ関わりがあり、下の階級には何ら関わりを持たない」ということである。 生命の階層は有機物どうしの極めて高度な秩序 (ここでいう秩序とは主に異種要素同士の相互依存を指す)であり、「ある種の個体が持つ生命の階層はその種のどの個体とも同じ」と言うことができる。具体的な例を挙げると、一般的なヒトは胴体の下に2本の脚、左右に1本ずつの腕、上には頭があるが、これらの全てが違う場所に付いていることは極めて希である。実際にこのようなことは生理学、生体力学の見地からして有り得ない。 生物における生命の階層はあらゆる科学的研究分野におけるごく根源的な前提で、特に医学においては不可分である。この概念がなければ、生理機能や疾病に見られる物質的、化学的なあらゆる現象の効果について研究を行うことはままならない。例えば、脳が分化し特定の機能を持った細胞によって構成されていることが分からなければ(脳そのものが人間を構成する最小単位であるという認識であれば)認知神経科学や行動神経科学は存在し得なかったであろうし、細胞単位の変化が器官全体に影響をもたらしているということが分からなければ、薬理学の基本的概念すら存在し得ないことになる。 生態階層にも同様のことが言え、この概念があることにより、「殺虫剤としてのDDTは昆虫などの細胞小器官に効果があるものだが、実際の影響は生態系にまで及ぶ。すなわち理論上は一つの原子が生物圏全体に変化を及ぼしうる」という説明を行うことができるようになる。 文章: 特別展マンモスYUKA ユカの脳は2012年2月にすでに摘出されて研究中であり、日本には搬入されなかったが、その摘出過程のドキュメント映像が展示会場で流された。脳の摘出痕が見られる頭骨と下顎骨は別の透明ケース内に入れられ、ユカ本体の向かい側に設置された(こちらは撮影可)。 2007年、ユカと同時代の3万9千年前に生息していたと見られるケサイ(ケブカサイ)のメスの個体が発見され、その発見場所がコリマ川下流だったことから「KOLYMA (コリマ)」と名づけられた。死亡時の推定年齢は20歳である。ケサイも絶滅種であり、その存在は従来、壁画や骨格標本でしか確認されていなかった。ケサイは群れで行動することがなく、絶対的な個体数もマンモスより少なかったと見られていることから、コリマも貴重な冷凍標本である。 なお、コリマの場合、ユカとは異なり、背骨と肋骨がきちんと残っており、生存時の”丸み”が保たれていた。 文章: アゾトソーム アゾトソームは、2015年2月にコーネル大学の研究者達が提唱した、仮想上の生体モデルである。その綴りの「azotosome」は、フランス語で「窒素」を意味する「azote」と、ギリシャ語で「身体」を意味する「soma」とを合わせた造語である。アゾトソームは、水を溶媒として生存する地球上の生命体を構成する細胞の細胞膜が持つ基本構造である脂質二重層と似た機能を、メタンやエタンを溶媒として果たせると予測されている。例えば、太陽系内においては土星最大の衛星であるタイタンのように、その表面に液体のメタンやエタンが存在している天体上に存在し得る生物の細胞が利用可能な膜となり得ると考えられている。 文章: アメフラシ フィジーなどの南洋諸島ではタツナミガイをココナッツミルクで煮て食べる。 アメフラシの神経の細胞体は、直径200-1000 μmと哺乳類の10倍の大きさである。これに対してヤリイカは軸索が大きい。その神経回路が単純であることから、生物学において神経生理のモデル生物として用いられる。特に危険を感じると鰓を引き込み、慣れると引き込まなくなるという反射行動は、記憶・学習の基礎研究の発展に貢献した。コロンビア大学のエリック・カンデル教授は、アメフラシを使って、シナプスが変化することで記憶が形成される仕組みを明らかにし、2000年にノーベル生理学・医学賞を受賞した。 文章: 頭足類の体 頭足類の体(とうそくるいのからだ)では、軟体動物門 頭足綱 Cephalopodaに属する生物の体制について解説する。 頭足類は、オウムガイ亜綱 Nautiloidea、および絶滅したアンモナイト亜綱 Ammonoidea、そしてオウムガイ類以外の現生の頭足類を含む鞘形亜綱 Coleoideaに大別される。現生の鞘形類は十腕形上目 Decapodiformes(イカ類)と八腕形上目 Octopodiformes(広義のタコ類)に二分され、十腕形類にはトグロコウイカ目 Spirulida、コウイカ目 Sepiidaおよびツツイカ目 Teuthidaが、八腕形類にはタコ目(八腕目)Octopodaとコウモリダコ目 Vampyromorphaが含まれる。鞘形類にはオーラコケラス目 Aulacocerida、ベレムノイド目 Belemnitida、フラグモテウティス目 Phragmoteuthidaといった化石頭足類も含まれる。 頭足類は無脊椎動物の中で最も賢く、最も複雑であるとされる。大きな脳や発達した視覚と筋肉質の腕により、複雑な行動を進化させ、好奇心と明確な個性をもつ。 文章: 頭化 頭化は左右相称の体制になるのに伴い起こった。頭部では神経細胞が大きな神経節または脳として集中し、よく発達した感覚器官を持つ。脊椎動物の哺乳類では巨大な脳を持ち、中枢神経系は神経管に由来して背側に形成されるのに対し、節足動物の昆虫では、頭部の脳は微小で体節ごとの神経節が連なり腹側に形成される。このように明瞭な発生過程の違いがあるためかつては独立に獲得したものと考えられていたが、中枢神経系の初期発生過程を制御する遺伝子の多くを共有している。例えば、動物界の多くの分類群で、前脳および中脳を含む頭部領域では Otx、Emx ファミリーと呼ばれるホメオボックス遺伝子が分節的に発現し、頭部の形態形成に機能する。このことはそれらの共通祖先である左右相称動物の共通祖先(ウルバイラテリア)は既に脳を含む中枢神経系を具えていたことを示唆する。このように動物に共通な発生遺伝子群はツールキット遺伝子群と呼ばれる。 エディアカラ生物群で左右相称動物と考えられるものの中にも、スプリッギナ Spriggina のように頭化がみられるものがある。 環形動物の貧毛類では脳神経節は感覚性の情報を中継する中枢に過ぎず、除去しても運動性機能に支障はない。それに対し、多毛類では脳神経節は抑制の中枢、食道下神経節は運動の中枢となり、両者が協同して全身の運動を支配している。 文章: ホンソメワケベラ ミラーテストに成功し、鏡像自己認知する能力があることが魚類で初めて確認された。顎に茶色の印を付けると、鏡を見たホンソメワケベラは、海藻や石で正しい側(鏡像とは反対)の顎をこすり、再び鏡の前に戻って印が取れたか確認する行為が観察されている。 大阪市立大学の実験では、ホンソメワケベラのミラーテスト合格率は「100%=14/14」で、知性が高いとされるチンパンジーの「40%」やゾウの「30%」より高かった。この結果を同大理学研究科教授・幸田正典は、ホンソメワケベラの大脳皮質が発達している事と「野生の類人猿や大型ほ乳類では目を合わせることが相手への敵意に繋がる」ため鏡への注目度の低下による要因と推論している。また同大学による別の実験では、ホンソメワケベラは(番いのペアではない)仲良しの個体や家族の識別ができる結果も得られている。