もう一つの事件を解決してください！江夏魚の三番目の兄弟が4,000キロ離れた場所に突然現れたが、その「犯人」はプレート移動だったことが判明した！

制作：中国科学普及協会

著者: シャン・シェンレン・ガイ・ジークン (中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

最近、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所が新たな発見をしました！

研究者のガイ・ジークン氏のチームは、新疆のタリム盆地で初の真の装甲魚類を発見した。それは「江夏魚三兄弟」の3番目の種、ジャンシャレピス・ロンギである。

栄江夏魚類生態回復地図

（写真提供：ヤン・ディンホア）

江夏宇にはすでに二人の「兄弟」がいた。

2021年、中国地質大学（武漢）は武漢のシルル紀の地層で初めて江夏魚の化石を発見し、それをHouspinax江夏魚と命名した。 2023年5月、研究者のGai Zhikun氏はチームを率いて、江西省九江市武寧市のシルル紀下部赤色層の清水層で新種の江夏魚を発見し、それを九江江夏魚と名付けた。二人の兄弟は200キロ以内の距離で発見された。

今回、研究チームは4,000キロ離れたタリム盆地で、江夏魚の3番目の種であるロン江夏魚を発見しました。

では、江夏魚とはどのような魚なのでしょうか。そして、なぜ研究者たちはこの「三兄弟」を探すのにこれほどの労力を費やすのでしょうか。

江夏の魚の「三兄弟」の物語

江夏魚の属名「江夏」は、この属の最初の種が発見された場所、武漢市江夏区に由来しています。前方を向いた頭部に三角形の頭甲を持つ装甲魚です。最大でも長さ5cm以下とそれほど大きくありません。頭の装甲の両側には2対の棘のある角があり、後端の中央部分は後方に突出して中背棘と呼ばれる構造を形成します。

江夏魚の頭甲の前部には、細長い楕円形の中央背部の穴があり、それが鼻孔でもあり、その後ろに一対の大きな目があります。目の真ん中には松果体孔と呼ばれる小さな丸い穴があり、主に光を感知するために使われ、脊椎動物の「第三の目」として知られています。他の装甲魚類と同様に、江夏魚の口は体の腹側に位置しているため、通常、頭部の装甲の上に口は見えません。

容江夏魚の化石写真と頭部装甲の復元

（画像出典：上の写真は蓋志坤氏が撮影、下の写真は桂芳氏が描いたもの）

江夏魚の「三兄弟」には共通の特徴があり、中背孔の前端が閉じておらず、頭甲の吻部がまるで分かれているように見える、つまり「裂吻」である。

中背孔は、装甲魚類の頭装甲の背側の前部にある大きな穴です。これは装甲魚類の主な識別特徴および分類基準です。

装甲魚の頭蓋骨の3次元再構成では、中背孔が口腔、鼻腔、咽頭腔に繋がっていることが示されており、これは呼吸機能を持つ水の入口または出口でもあることを示し、したがって外鼻孔または鼻下垂体孔と見なすことができる。ほとんどの装甲魚類では、中背孔の前端は閉じています。真背亜綱のうち、シゾリンクス属とキョンシアス属のみ、中背孔の前端が閉じておらず、中背孔の内縁が頭部装甲の側縁に直接つながっている。

鼻先が裂けているのは不健康に思えるかもしれないが、甲羅のある魚にとっては良いことなのかもしれない。

ほとんどの装甲魚類の中背孔は頭部装甲の背側に開いており、頭部装甲の上からのみ水を吸い込むことができます。「スリット鼻」により、装甲魚類の中背孔に前方と下向きの開口部が追加されます。泳いでいる間、中背孔は頭部装甲の上、前、下の 3 方向から同時に水を受け取ることができます。そのため、 「分割された鼻」は、甲羅魚が呼吸する際の水分摂取の効率を大幅に向上させることができる可能性がある。

新たに発見された種である容江夏魚は、頭部の装甲の縁と背孔の内側の縁が鋭い鋸歯状の棘で密に覆われている点で、後背江夏魚や九江江夏魚とは大きく異なります。研究では、これらの構造が、初期の顎を持つ魚の咽頭歯の渦巻きや、花鱗を持つ一部の魚の咽頭にある前方を向いた歯のような構造に似ていることがわかった。基本的な機能は、水が流れるときに外部の寄生虫をろ過してブロックすることです。

初期の無顎魚類および初期の有顎魚類の咽頭に位置する咽頭歯または咽頭歯螺旋

（画像出典：参考文献[4,5,6,7]）

したがって、容氏の江夏魚の新たな発見は、甲羅魚類の背部中央の孔が、呼吸のために水を吸い込むために使用されるワニ魚類の口咽頭管や軟骨魚類の噴気孔と機能的に類似していることをさらに裏付けている。

また、栄石江夏魚の頭甲の大きさや装飾は、後済江夏魚や九江江夏魚とは明らかに異なっており、「三番目」とされている。

江夏の魚、その化石は「支配者」

江夏魚は他の甲殻類魚類に比べて分布範囲が広く、化石材料も豊富で、江夏魚類全体の生存期間は4億4千万年前のシルル紀前期テレキス期に限られています。

江夏の魚類は、その広い古地理分布と短い年代制限により、重要な生層序学的意義を確立しており、生層序学的比較において象徴的な種となっています。

例えば、湖北省武漢市のシルル紀の地層にはシルル紀の赤色地層は存在せず、赤色地層を含まない分頭層のみが存在すると長い間信じられてきました。そのため、湖北省武漢市で初めてホウジジャンシア魚が発見されたとき、当初はシルル紀のランダベリー期中期から後期トリキアン期（約4億3700万年前）のフェントウ層から発見されたと考えられていましたが、その時点ですでに最古の真の装甲魚でした。その後、研究者らは江西省九江市武寧県の清水層で九江江夏魚を発見した。

両者は非常に類似しており、湖北省武漢市と江西省武寧市の生物地層を種レベルで正確に比較することができます。しかし、江西省のシルル紀の地層は非常に連続しており、上層と下層はよく保存されています。清水層は間違いなくシルル紀下部赤色層に属し、シルル紀のランドーベリー期初期トリチ期（約 4 億 3800 万年前）に遡る、より古い層です。

このことから、私たちは、湖北省武漢市の厚鶏江の夏魚は本当に赤層の無い分頭層から来たのだろうかと考えました。そこで、研究者らは武漢地域で大量の現地調査を実施し、ついに武漢のゴム山地域でシルル紀の赤色地層を発見した。江夏の魚類の化石に基づいて、研究者らは最終的に、それがシルル紀下部赤色地層の清水層であると特定した。

江夏の魚類は中国南部プレートに豊富な化石記録を有しており、湖北省と江西省のシルル紀浅海赤色層の比較に重要な化石証拠を提供している。新疆ウイグル自治区タリム盆地で発見された容江夏魚は、4,000キロ離れた中国南部とタリムの地層を直接結び付けている。

江夏魚三兄弟の系統的位置と地理的分布

(写真提供:Shi Aijuan、Liu Wenyu)

兄弟の離別の原因はプレートの移動

では、江夏魚の最初の 2 つの「兄弟」はそれほど離れていないのに、「3 番目の兄弟」は 4,000 キロメートルも離れているのはなぜでしょうか。

これは大陸移動のためです。

装甲魚類は主にラグーン、デルタ、古代の陸地の端に近い沿岸から浅い海域に生息し、主に底生濾過摂食生活を送っています。ほとんどの装甲魚類は頭部が平らな装甲を持ち、一対のひれを欠いています。これは、それらの魚類が遊泳能力が弱く、分布を広げたり回遊したりする能力が限られていることを示しています。広大な陸地と海洋は、彼らの拡散と移動の障害となります。そのため、装甲魚類は固有の色が強く、その分布は古生物地理学的地域を区分するのに使用できます。

現存する化石記録から判断すると、4億3800万年前のシルル紀初期には、我が国の甲殻類の化石は、カタイシア古地帯と雲南・貴州古地帯の縁に沿って広く分布していた。たとえば、ホウジジャンシア魚と九江ジャンシア魚は、それぞれ湖北省武漢と江西省九江に出現した。二人の兄弟の間の直線距離は200キロメートル未満でした。これは、我が国の広大な地域、主に揚子江流域が、かつては広大な海、つまり揚子江であったことを示しています。

では、なぜ容江夏魚は4,000キロ離れたタリム盆地に突然現れたのでしょうか?これにより、研究チームは南中国プレートとタリムプレートの関係についてさらに考えるようになりました。

タリムプレートと南シナプレートの古地理的位置

(写真提供: Shan Xianren、Liu Wenyu、Shi Aijuan)

中国のシルル紀の古代プレート構造は、一般的にオルドビス紀の特徴を踏襲しており、華北プレート、華南プレート、タリムプレートの3つの主要なプレートが古代中国大陸の主体を構成していました。しかし、これら 3 つのプレートの古地理的位置とそれらの関係については、常に議論の的となってきました。

古地磁気および古地質学のデータによれば、南シナプレートは古生代の大半の間ゴンドワナ大陸の東端に位置していたが、タリムプレートは赤道付近の北緯約 15 度以南にあり、東に偏っていた。後期古生代および中期古生代の地層が一般的に不足しているため、シルル紀における北中国プレートの古地理的位置を特定することはさらに困難です。中期古生代の古地磁気データに基づくと、南中国プレートとタリムプレートは 2 つの別個の遠く離れたプレートであると考えられています。

そのため、国内外の地質学者は長い間、タリムプレートが華北プレートや中朝プレートと密接な関係にあり、それらが結びついて古地理図が作成されていると信じてきました。カレドニア運動の影響を受けて、北中国プレートはタリムプレートと衝突し、完全につながって北大陸を形成しました。

しかし、この古地理学的パターンでは、強い地域的特徴を持つグループである装甲魚類の、南中国プレートとタリムプレートにおける分布を説明することが困難です。

装甲魚類の系統に関する生物地理学的研究により、南中国プレートとタリムプレートには、Xiushuiichthyidae、Hanyangichthyidae、Dayongichthyidae、Aurochrysidae、Palaeochrysidae の 5 つの異なる装甲魚類の系統が分布していることが明らかになっています。これは、2つのプレート上の装甲魚類が独立して進化したわけではなく、両者の間に生物地理学的隔離はなく、むしろ少なくとも5回の生物拡散イベントが発生したことを示唆している。

江夏魚はもともと中国南部プレート特有の装甲魚類の化石です。この化石はタリム地域で初めて発見され、2つの主要なプレート間の生物学的交流が4億3800万年前のテレキス期初期にはすでに起こっていたことを完全に実証しています。

上記2か所の魚類群の性質と組み合わせ特性から判断すると、タリムプレートと南シナプレートの魚類群の種類は基本的に同じである。したがって、タリムプレートと南シナプレートは、シルル紀の同じ古動物学的ゾーン、すなわちタリム-南シナ魚類地理区に属するはずである。 2 つの主要なプレートはシルル紀初期に非常に密接な古地理学的つながりを持っており、おそらく同じ暖かく有機物が豊富な古代の海盆環境で共存していたと考えられます。

2009年にはすでに、研究者の趙文金氏らが、魚群の出現や地層の順序に基づき、シルル紀初期には中国の南シナプレートとタリムプレートの古地理的位置は十分近く、同じ浅海環境にあり、結合してタリム・南シナ共同プレートを形成した可能性もあると提唱していた。新疆のタリム盆地で初めて発見された容江夏魚は、タリム・華南共同プレートの存在をさらに裏付けるものとなった。

タリムプレートがユナイテッドプレートから分離した時期については、一致した見解がありません。現在、古生物学的化石材料、地層学的枠組み、岩石学、古地磁気学など多くの側面からのデータに基づくと、タリムプレートが南シナプレートから分離した時期は、ロードス紀かそれより少し後であると考えられます。

一体化したプレートが崩壊した主な原因は、璞塘とチャムドのブロックが南から北に巨大なエネルギー衝撃をもたらし、それによって一体化したプレートがバラバラになったためであると考えられる。統合プレートの崩壊後、タリムプレートはゆっくりと時計回りに北西に移動し始め、ペルム紀後期頃に現在の位置に到達しました。

もともと同じ海域に生息していた江夏の三兄弟の魚が、今では数千マイルも離れているのは、まさにプレートの移動のせいだ。

結論

江夏の魚類3兄弟の発見は、新疆におけるシルル紀初期の甲殻類の多様性を示しており、その放散進化、移動と拡散のプロセス、古地理的分布パターンを理解するのに役立つ。同時に、この発見により、プレート移動の真実も徐々に明らかになりました。

一枚の葉から秋の到来を告げることができ、古生物学者は一つの化石から歴史の一部を語ることができます。どうですか、古生物学の研究って面白いですか？

参考文献:

[1]Liu,WYらタリム盆地のシルル紀から発見された最初のユーガレアスピフォルメ魚類は、4億3800万年前のタリムと南中国ブロックの密接な関係を明らかにした。

。古地理学、古気候学、古生態学628、111774。

[2]Liu, YL, Huang, LB, Zong, RW & Gong, YM中国南部、武漢のシルル紀フェントウ層（テリキアン、ランドーベリー）から発見された最古のeugaleaspiform（Galeaspida）。。古生物学ジャーナル19、253–264（2021）。

[3]Shan, X.、Zhao, W. & Gai, Z. 江西省下部テリキアン (シルル紀) 産の新種のキョンシアレピス (ガレアスピダ) とその層序学的重要性。 Acta Geologica Sinica - 英語版。

[4]Blais, SA, MacKenzie, LA & Wilson, MVH デボン紀初期の真顎類の歯のような鱗と脊椎動物の歯の起源に関する「外から内へ」仮説。 J Vert Paleont 31、1189-1199。