鳥の肺のはたらきは、人間とどうちがう?

鳥の肺のはたらきは、人間とどうちがう?

こたえ:「気嚢(きのう)」が肺(はい)のはたらきを助(たす)けています。

地球(ちきゅう)上(じょう)の動物(どうぶつ)は、呼吸(こきゅう)をしながら生(い)きています。魚類(ぎょるい)や両生類(りょうせいるい)の子(こ)どものように水(みず)の中(なか)で暮(く)らす動物(どうぶつ)は、呼吸(こきゅう)にえらを使(つか)い、それ以外(いがい)の動物(どうぶつ)は肺(はい)を使(つか)っています。

ところが、同(おな)じ肺呼吸(はいこきゅう)の動物(どうぶつ)でも、地上(ちじょう)で暮(く)らす哺乳類(ほにゅうるい)と空(そら)を飛(と)べる鳥類(ちょうるい)では、呼吸(こきゅう)の仕組(しく)みがちがいます。もっとも大(おお)きなちがいは、肺(はい)のはたらきを助(たす)けるのに、哺乳類(ほにゅうるい)が横隔膜(おうかくまく)を利用(りよう)し、鳥類(ちょうるい)が「気嚢(きのう)」を利用(りよう)することです1)。

気嚢(きのう)は、うすい膜(まく)でできたふくろ状(じょう)の器官(きかん)で、空気(くうき)をためたり送(おく)り出(だ)したりする役割(やくわり)をもちます。多(おお)くの鳥(とり)には9つの気嚢(きのう)があり、それらは、肺(はい)の前(まえ)につながる「前(ぜん)気嚢(きのう)」と後(うし)ろにつながる「後気嚢(こうきのう)」に分(わ)けられます。

気嚢(きのう)を使(つか)った呼吸(こきゅう)では、以下(いか)の(1)~(4)のように空気(くうき)が一方(いっぽう)通行(つうこう)で肺(はい)を通過(つうか)します。

(1)息(いき)を吸(す)う①:鼻(はな)や口(くち)から入(はい)ってきた新鮮(しんせん)な空気(くうき)は、気管(きかん)や気管支(きかんし)を通(とお)って後気嚢(こうきのう)に送(おく)られます。一部(いちぶ)は、そのまま肺(はい)に入(はい)ります。

(2)息(いき)をはく①:後気嚢(こうきのう)の中(なか)の空気(くうき)が肺(はい)に送(おく)り出(だ)されます。肺(はい)までとどいた空気(くうき)は、血管(けっかん)に酸素(さんそ)をわたして二酸化(にさんか)炭素(たんそ)を受(う)け取(と)ります。

(3)息(いき)を吸(す)う②:肺(はい)の中(なか)にある二酸化(にさんか)炭素(たんそ)を多(おお)くふくむ空気(くうき)は、後気嚢(こうきのう)からやって来(き)た新(あたら)しい空気(くうき)に押(お)し出(だ)されて前気嚢(ぜんきのう)へ向(む)かいます。

(4)息(いき)をはく②:前気嚢(ぜんきのう)がちぢみ、たまっていた二酸化(にさんか)炭素(たんそ)を多(おお)くふくむ空気(くうき)は、気管支(きかんし)や気管(きかん)を通(とお)り、鼻(はな)や口(くち)から体(からだ)の外(そと)へ出(で)ていきます。

この仕組(しく)みでは、呼吸(こきゅう)のたびに肺(はい)の中(なか)の空気(くうき)が入(い)れかわり、酸素(さんそ)濃度(のうど)(一定(いってい)の量(りょう)の空気(くうき)の中(なか)にふくまれている酸素(さんそ)の割合(わりあい))の高(たか)い空気(くうき)を取(と)り入(い)れられます。このように、むだなく酸素(さんそ)と二酸化(にさんか)炭素(たんそ)を交(こう)かんできるため、鳥(とり)は空気(くうき)がうすい高(たか)いところでも飛(と)べるのです。たとえば、アネハヅルやインドガンは、標高(ひょうこう)が8849mのエベレストの上空(じょうくう)を飛(と)ぶことが知(し)られています。

気嚢(きのう)を使(つか)った呼吸(こきゅう)の仕組(しく)みは、「獣脚(じゅうきゃく)類(るい)」とよばれる恐竜(きょうりゅう)にもあったことが分(わ)かっています2)。

恐竜(きょうりゅう)が繁栄(はんえい)したのは、三畳紀(さんじょうき)(約(やく)2億(おく)5100万(まん)年(ねん)前(まえ)~約(やく)2億(おく)年(ねん)前(まえ))の後期(こうき)からジュラ紀(き)(約(やく)2億(おく)年(ねん)前(まえ)~約(やく)1億(おく)4500万(まん)年(ねん)前(まえ))。このとき地球(ちきゅう)では、大気(たいき)の酸素(さんそ)濃度(のうど)がかなり下(さ)がっていました。三畳紀(さんじょうき)の前(まえ)のペルム紀(き)(二畳紀(にじょうき)、約(やく)2億(おく)9900万(まん)年(ねん)前(まえ)~約(やく)2億(おく)5100万(まん)年(ねん)前(まえ))に30%以上(いじょう)だった酸素(さんそ)濃度(のうど)は、約(やく)2億(おく)年(ねん)前(まえ)には15%以下(いか)まで低下(ていか)したそうです3)。それによって、ペルム紀(き)に繁栄(はんえい)していた哺乳類(ほにゅうるい)の祖先(そせん)の多(おお)くが絶滅(ぜつめつ)しました。

かわって栄(さか)えたのが、獣脚(じゅうきゃく)類(るい)。この獣脚(じゅうきゃく)類(るい)が鳥類(ちょうるい)の祖先(そせん)です。古生物(こせいぶつ)学者(がくしゃ)の中(なか)には「気嚢(きのう)を使(つか)った呼吸(こきゅう)の仕組(しく)みは、大気(たいき)の酸素(さんそ)濃度(のうど)が下(さ)がった時代(じだい)に獣脚(じゅうきゃく)類(るい)が進化(しんか)させた」と考(かんが)える人(ひと)もいます。

※  地質(ちしつ)年代(ねんだい)は、『理科(りか)年表(ねんぴょう) 2022』(国立(こくりつ)天文台(てんもんだい)/編(へん).丸善(まるぜん)出版(しゅっぱん)/刊(かん).2021年(ねん)11月(がつ))にのっとっています。

記事(きじ)公開(こうかい):2022年(ねん)2月(がつ)

参考(さんこう)資料(しりょう)

1)フランク・B.ギル/著(ちょ),山階(やましな)鳥類(ちょうるい)研究所(けんきゅうしょ)/訳(やく),山岸哲(やまぎしさとし)/日本(にほん)版(ばん)監修(かんしゅう)『鳥類(ちょうるい)学(がく)』.2009年(ねん).新樹社(しんじゅしゃ)

2)「進化(しんか):原始的(げんしてき)獣脚(じゅうきゃく)類(るい)にもあった鳥類(ちょうるい)の呼吸器(こきゅうき)系(けい)」『Nature』.2005年(ねん)7月(がつ)14日(にち)号(ごう).ネイチャー・ジャパン:https://www.natureasia.com/ja-jp/nature/highlights/4516

3)長谷川(はせがわ)政美(まさみ)『系統樹(けいとうじゅ)をさかのぼって見(み)えてくる進化(しんか)の歴史(れきし)』.2014年(ねん).ベレ出版(しゅっぱん)

監修者(かんしゅうしゃ):大山(おおやま)光晴(みつはる)

1957年(ねん)東京都(とうきょうと)生(う)まれ。東京(とうきょう)工業(こうぎょう)大学(だいがく)大学院(だいがくいん)修士(しゅうし)課程(かてい)修了(しゅうりょう)。高等(こうとう)学校(がっこう)の物理(ぶつり)教諭(きょうゆ)、千葉県(ちばけん)教育(きょういく)委員会(いいんかい)指導(しどう)主事(しゅじ)、千葉(ちば)県立(けんりつ)長生(ちょうせい)高等(こうとう)学校(がっこう)校長(こうちょう)等(など)を経(へ)て、現在(げんざい)、秀明大学(しゅうめいだいがく)学校(がっこう)教師(きょうし)学部(がくぶ)教授(きょうじゅ)として「理数(りすう)探究(たんきゅう)」や「総合的(そうごうてき)な学習(がくしゅう)の時間(じかん)」の指導(しどう)方法(ほうほう)について講義(こうぎ)・演習(えんしゅう)を担当(たんとう)している。科学(かがく)実験(じっけん)教室(きょうしつ)やテレビの実験(じっけん)番組等(ばんぐみなど)への出演(しゅつえん)も多数(たすう)。千葉市(ちばし)科学館(かがくかん)プロジェクト・アドバイザー、日本(にほん)物理(ぶつり)教育(きょういく)学会(がっかい)常務(じょうむ)理事(りじ)、日本(にほん)科学(かがく)教育(きょういく)学会(がっかい)及(およ)び日本(にほん)理科(りか)教育(きょういく)学会(がっかい)会員(かいいん)、月刊(げっかん)『理科(りか)の教育(きょういく)』編集(へんしゅう)委員(いいん)等(など)も務(つと)める。

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