彼らは次々とハンマーを打ち続け、驚くべき発見をした。

螺旋格子スポンジの生態学的回復の図。イラスト：ヤン・ディンホア

長い進化の過程において、海綿動物は幸運にも地球上での5回の大量絶滅を生き延び、今日まで生き延びてきました。研究では、海綿動物の起源は約7億年前と推測されているが、約5億4000万年前のカンブリア紀以前の海綿動物の化石は極めて稀であるため、議論の的となっている。

なぜ海綿動物は約1億6000万年もの間「姿を消した」のでしょうか?中国科学院南京地質古生物学研究所（以下、南京古生物学研究所）の袁遜来研究員が率いる初期生命研究の国際共同チームは、湖北省宜昌市の約5億5千万年前の石板潭生物群で、後期エディアカラ紀の王冠群海綿動物を発見し、海綿動物の初期進化における重要なつながりを明らかにした。この研究結果は6月5日にネイチャー誌オンライン版に掲載された。

約1億6000万年前から失われていた化石

「海綿動物は一般的に、最も基本的で原始的な後生動物であると考えられています。地球上の初期の海綿動物の化石の探索と研究は、動物の起源と初期の進化パターンの探究にとって重要な証拠を提供することができます。」論文の責任著者で南京地質古生物学研究所の准研究員であるワン・ビン氏は中国科学日報に語った。

研究によれば、海綿動物は約7億年前に誕生したそうです。しかし、実際の研究により、海綿動物の化石記録が大量に出現したのはカンブリア紀になってからであり、約1億6000万年の空白があったことが判明しています。この混乱した歴史の時代は、海綿動物の初期進化の研究においては「失われた時代」と呼ばれています。

先カンブリア時代の海綿動物の化石記録が失われているのはなぜですか?

万斌氏は過去の研究に基づき、まず、現生海綿動物のほとんどが珪質または石灰質の骨針を持っていることから、研究者らは海綿動物の共通祖先は鉱化した骨針を持っていたと推測し、カンブリア紀より6億3500万年から5億3900万年前に存在したエディアカラ紀の海綿動物の化石がほとんど見つからなかったのは、当時の環境が骨針の保存に適していなかったためかもしれないと説明した。第二に、海綿動物の共通祖先は鉱化した骨針を持っておらず、主要グループが分化した後にのみ、各グループが独立して鉱化した骨針を進化させた。そのため、先カンブリア時代の初期の海綿動物には骨針がなく、保存状態が比較的悪く、化石記録から特定することが困難でした。

初期の海綿動物には骨針がなかった

近年、袁迅来氏のチームは石班潭生物群で大規模な化石発掘調査を実施し、5年前には大型海綿動物の化石の一種を発見した。化石表面が多層の格子構造をしており、標本下部の格子が底部の円盤状の固定構造と螺旋状に連結し、堆積物表面に直立して生息していることから「螺旋格子海綿動物（Helicolocellus）」と名付けられました。

万斌氏は、新たに発見された螺旋格子スポンジの表面は規則的な正方形で構成されており、同じ形状の4つの二次正方形に分割でき、二次正方形はさらに細分化できると紹介した。この螺旋格子海綿動物の特殊な格子構造は、古生代の六葉海綿動物の形態学的特徴に似ています。両者の違いは、螺旋状海綿動物の網目は有機物で構成されているのに対し、古生代の海綿動物の化石の網目は鉱化した骨針で構成されていることです。

袁迅来氏のチームは、英国ケンブリッジ大学と米国バージニア工科大学の研究者からなる国際共同チームと共同で、螺旋格子状の海綿動物の化石は、鉱化した骨棘を持たない初期の海綿動物を表している可能性があると考えている。

この説明を裏付けるために、研究チームはさまざまな現生動物と古生代の化石動物を含む形態学的データマトリックスを構築し、厳密な系統解析を実施しました。研究結果によると、螺旋格子海綿動物の化石はクラウングループ海綿動物に属し、六葉海綿動物と近縁であることが判明した。

「らせん格子状の海綿動物の化石の発見は、非生物鉱物化海綿動物が先カンブリア時代に存在していたことを示している」とワン・ビン氏は語った。 「この化石の発見はまた、先カンブリア時代の海綿動物の化石を見つけるための青写真として現代の海綿動物を完全に使うことはできないことを示唆している。なぜなら、初期の海綿動物は生物鉱物化した骨針を持っていなかった可能性があり、現代の海綿動物のすべての特徴を持っていなかった可能性があるからだ。 」

この研究では、六脚類海綿動物の初期の進化において、有機物を使ってネットワーク骨格を構築する段階があった可能性もあると推測している。カンブリア紀になって初めて、彼らはバイオミネラリゼーションの能力を獲得し、既存の有機骨格にミネラルを加えて、複雑なミネラル化した骨針で構成された骨格を形成しました。

論争が学問の発展を促す

「次のハンマーでどんな新しい化石が見つかるかはわかりません！」これは袁遜来がよく言う言葉です。化石は地球上の生命の進化の証拠であり、重要な進化段階の化石はさらに希少です。これらの化石は古生物学者によって石から叩き出されなければならない。

袁遜来氏のチームは、シバンタン生物群で長く困難な発掘調査を実施し、石灰岩の薄い層に豊富で多様なエディアカラ紀の化石が保存されているだけでなく、多数の動物の痕跡化石や他の動物の化石も保存されていることを発見した。

2018年、サイエンス・アドバンス誌は、このチームが最古の動物足跡化石を発見したと報じた。 2019年、ネイチャー誌は、チームが移動能力を持つ最古の左右対称の動物、イリンガワームを発見したと報じた。らせん格子状の海綿動物の化石の発見は、チームのもう一つの重要な成果です。

「この論文は2023年7月に提出され、5人の査読者による4回の査読を経て出版された」とワン・ビン氏は中国科学日報に語った。 「私たちの発見は、海綿動物の初期進化に関する従来の理論に対する挑戦です。プロセスは困難でしたが、結果は比較的理想的でした。私たちは最終的に、精巧な化石標本と厳密な議論で審査員を納得させました。」

学術界ではかつて、先カンブリア時代とカンブリア時代の境界の前後で生物群集の出現に大きな違いがあったと信じられていました。

これは、エディアカラ紀が奇妙な形態と未知の類似性を持つエディアカラ生物群によって支配されていたためです。カンブリア紀になると、さまざまな動物門が次々と出現し、人類に馴染みのある現代の海洋生態系が確立されました。

らせん格子海綿動物の発見は、エディアカラ紀の生物群とカンブリア紀の生物群を結びつけるものであり、また、エディアカラ紀の生物群のいくつかの種類が現代の動物と直接的な進化的関係を持っている可能性を示唆している。

この研究では、カンブリア紀より1000万年前の海に、鉱化した骨針を持たない海綿動物が生息していたことが発見された。これは、カンブリア紀以前に、すでに鉱化骨棘を持たない海綿動物が一定規模の放射化を経験していたこと、つまり、ある種が特定の重要な特徴を獲得し、多数の新しい特徴や種が出現したことを意味します。

では、他の種類の動物もカンブリア紀以前に拡散したのでしょうか?海綿動物が鉱物質化した骨片を生成する原因は何ですか? 「私たちの研究は新たな論争を引き起こす可能性があり、これらの論争の的となっている問題の解決は、この分野のさらなる発展を促進することが期待されます」とワン・ビン氏は述べた。

企画・制作

出典：中国科学日報

著者：中国科学ニュース記者 沈春雷

編集者：ヤン・ヤピン

校正：Xu Lai、Lin Lin