ペルム紀、古生代最後の日々、地球は煉獄となった

過去について

人間は常に自然な好奇心と畏敬の念を持っている

生涯にわたって

まだ探求されるべき未知のことが数多く残っています。

やがて、時間のバトンは古生代最後の時代であり、これまでの地球史上最も残酷な時代であるペルム紀へと渡されました。カンブリア紀の生命爆発から始まり、2億年以上の生物進化を経て、生命は海洋から陸地へ、原始的なものから複雑なものへと移り、最終的にペルム紀大陸で生命の出現が比較的完成しました。陸上では、森林の崩壊により、爬虫類が両生類に取って代わり、新しい世代の優勢な生物となった。海では、軟骨魚類、主にサメが引き続き優勢であり、アンモナイトと腕足動物が再び繁栄し、三葉虫もまだ生き残っていた。ペルム紀の生息環境は現在の地球と似ており、平凡で多様性に富み、生物の様相も徐々に正常に戻っていった。しかし、すべてが順調に進んだ矢先、再び低迷に陥りました。地球史上最も深刻な大量絶滅はペルム紀末に起こった。地球上の生物の95%が死滅し、地球は最も悲劇的な長い夜を迎えた。

ペルム紀：爬虫類の出現

ペルム紀末の大量絶滅

ペルム紀（記号 P）は古生代最後の時代であり、2億9890万年から2億5190万年前まで遡り、4700万年続きました。それはコノドント Streptognathodus isolatus の初登場で始まり、コノドント Hindeodus parvus の初登場で終わりました。ペルム紀には非常に独特な地層構造があり、それが地名の由来でもあります。 「ペルム紀」という用語は、1841年にイギリスの地質学者ロデリック・マーチソン（1792-1871）によって初めて提唱され、ロシアの南ウラル山脈にあるペルミの町の近くの地層にちなんで名付けられました。後に中国の学者がペルム紀を翻訳したとき、ドイツのペルム紀の地層の二分性がより明白で、上部は銅鉱石を含むマグネシウム石灰岩で、下部は銅鉱石を含まない赤色砂岩であったため、ペルム紀と翻訳しました。

ペルム紀の生命がどのようなものであったかを想像した絵

ペルム紀は、その明らかな二分性のため、1990 年代以前は、世界中で「二分法」方式に従って下部ペルム紀と上部ペルム紀に分けられていました。しかし実際には、世界中のペルム紀のシステムの違いにより、異なる地域での「下部ペルム紀」と「上部ペルム紀」の意味は同じではない可能性があります。世界中のペルム紀の区分と比較を容易にするため、中国、米国、ロシアの科学者が協議し、最終的にペルム紀を3つの系と9つの段階に分ける「3部構成」の区分案を策定した。シスウラリアンはロシアのウラル山脈南部の地層に基づいており、グアダルーピアンは米国テキサス州のグアダルーペ山脈の地層に基づいており、ロピンアンは有名な五家坪層と長興層を含む中国南部の地層に基づいています。ペルム紀の海洋地層、特に楽平紀の海洋地層は中国南部で最も完全なものです。そのため、中国はペルム紀の大量絶滅現象の研究においても世界をリードしています。

国際地層年代スケール—ペルム紀

長興梅山金釘

ベヒーモスの時代: 爬虫類の台頭

気候変動は、多くの場合、生物の進化に影響を与える主な要因です。たとえば、最後の湿気と酸素に富んだ環境は石炭紀の熱帯雨林に「巨大昆虫王国」を生み出し、石炭紀末からペルム紀初期にかけての寒くて乾燥した気候は、別の種類の生物、より進化した「爬虫類」の出現につながりました。ペルム紀は彼らの存在により「巨人の時代」とも呼ばれています。

ディメトロドンは強力な捕食者だった

爬虫類は石炭紀のペンシルベニア紀に出現したが、出現当時はまだマイナーな存在であった。羊膜卵は爬虫類の特徴で、一般に「卵」と呼ばれ、水から離れた陸上で産まれることがあります。前の章では、石炭紀末期の熱帯雨林崩壊によって森林が消滅し、砂漠に点在するオアシスに変わったことについて説明しました。水源に依存していた両生類や昆虫は小さなオアシスに閉じ込められ、種の数が急激に減少しました。この頃、独特な構造を持つ爬虫類が目立ち、異なるオアシス間を長距離移動することができました。そのため、ペルム紀には爬虫類が急速に優勢な種となり、その体の大きさは痩せたトカゲから大型の哺乳類へと変化しました。

獲物をめぐって戦うオオカミトカゲ

すべての爬虫類は有羊膜類と呼ばれていましたが、すぐに 2 つの異なる種類に分化しました。これらは単弓類（Synapsids）と双弓類（Sauroidea）です。単弓類は頭蓋骨の両側に 1 つの下側頭窓を持ち、一方竜弓類は頭蓋骨の両側に 2 つの下側頭窓を持ち、それぞれ Hypsiprion と Dipsiprion という名前が付けられています。竜盤類の代表的なものは、恐竜、ワニ、カメなどの四足爬虫類です。恐竜から進化した鳥類も竜盤類に分類されました。竜盤類は今日まで存続しています。単弓類は「哺乳類に似た」動物と呼ばれ、すべての哺乳類の祖先です。ディメトロドンが属する盤竜類はその代表格だが、単弓類は白亜紀に絶滅し、やがてその子孫から進化した哺乳類が世界を支配した。ペルム紀の生物学の本を読んだ学生は、この時代におけるさまざまな複雑な「獣」や「ドラゴン」に混乱するかもしれません。爬虫類はペルム紀以降、大きく分化し、多くの異なる種が誕生するなど、多様化が進んだのは事実です。しかし、簡単に言えば、「獣」と呼ばれるものは一般に単弓類の獣弓類に属し、「ドラゴン」のほとんどはトカゲ類に属し、少数の盤竜類は単弓類に属します (単弓類のディメトロドンは無視してください。また、なぜアーコテリウムがトカゲ類に属するのかは聞かないでください)。

爬虫類の進化樹

哺乳類は爬虫類の単弓類から進化した

ディメトロドンはペルム紀の単弓類の代表である。

ディメトロドンは、スフェノドン目の恐竜であり、哺乳類の祖先の一つと考えられています。それはペルム紀初期に繁栄し、「ベヒーモスの時代」を先導しました。背中に高さ1メートルの帆があるのが特徴で、体温維持や求愛のために太陽エネルギーを吸収するために使われていた可能性がある。当時最強の肉食動物でした。ディメトロドンはスピノサウルスに外見が似ていますが、それほど強力ではありません。

ディメトロドンは巨大な背帆を持っていた

ディメトロドンの化石

イノストランセビアは単弓目アグロドン科に属し、分類上は哺乳類に一歩近づいています。レピン朝時代に出現したが、ペルム紀末の大量絶滅を逃れられず、絶滅した。リコサウルスはスフェノドンやスクトサウルスなどの竜脚類を食べていたため、哺乳類の祖先は恐竜の祖先を食べたことになります（間違いなく）。

狼トカゲ獣の修復

リコサウルスの化石

鋭い歯を持つオオカミトカゲがスクトサウルスを狩っている

アンキロサウルス科の恐竜であるスクトサウルスは、頭蓋骨の下に穴がないことで真の爬虫類と区別される半爬虫類です。大きな体を持つ草食動物で、ドキュメンタリーでは他の肉食動物に待ち伏せされることが多い。

スクトサウルスは再びライカントサウルスに狩られている

リストロサウルスはディキノドン目の恐竜で、ペルム紀後期から三畳紀前期にかけて生息していました。穴を掘って巣穴に住むことができました。これはペルム紀の絶滅を生き延びた数少ない生物の一つであり、大陸移動説の証拠となる数少ない生物の一つです。リストロサウルスは豚のような体型をしており、人間とはかなり遠い親戚です。

穴を掘るリストロサウルスは大量絶滅を生き延びた

同様に、植物は乾燥した環境に適応するために、繁殖に利用できる種子を進化させ、裸子植物が歴史の舞台に登場しました。石炭紀の熱帯雨林が崩壊した後、裸子植物が出現し始めました。独立した種子には発芽に必要な栄養素が蓄えられており、胞子の発芽に水に依存するシダ植物よりもはるかに優れていました。ペルム紀までには、種子シダ、ソテツ、イチョウ、マツ、ヒノキなどの裸子植物が急速に優勢な陸上植物となり、中生代全体を支配しました。

現代の裸子植物

パンゲアの誕生

ウェゲナー（1880〜1930）が提唱した大陸移動説を覚えていますか？今日、プレートテクトニクスは地球科学において最も重要な理論の一つとなっています。世界の大陸は、長い分離期間の後に最終的に統合され、長い統合期間の後に最終的に分離されます。世界中の大陸がすべて結合すると、超大陸が形成されます。私たちに最も近い超大陸は、ペルム紀から三畳紀にかけて形成された「パンガ超大陸」であり、パンゲアや汎大陸としても知られています。実際、超大陸は3億9000万年前のデボン紀に集中し始めました。 1億年にわたる漂流の後、北のローレンシア大陸と南のゴンドワナ大陸は接近し、互いに擦れ合い続け、ついに約2億5000万年前に赤道で完全に結合しました。超大陸は確かに中学校の教科書で教えられている通りです。古生物学的化石、地層、岩壁、古地磁気、特殊なマグマ活動などから判断すると、ペルム紀後期には世界には超大陸と超海洋がそれぞれ 1 つしか存在しなかった。この独特な環境は環境にも大きな影響を及ぼしました。海流が遮断され、内陸部の淡水が不足したため、ペルム紀砂漠が広範囲に広がった重要な原因にもなりました。

超大陸パンゲアはレピン期（ペルム紀後期）に形成された。

パンゲアは最古の超大陸ではありませんが、人類が特定した最初の超大陸の中では、地球に最も近いものです。スノーボールアースと関連のある先カンブリア時代の超大陸ロディニアとコロンビアについては、第 1 号の先カンブリア時代の章で説明されています。現在、地球は次の超大陸を形成している最中です。今から2億年後には太平洋が閉じ、アジアがアメリカ大陸と合体して新たな「アマシア超大陸」が形成されると予測されている。

現在の大陸は超大陸パンゲアの分裂後に形成された。

アメリカ・アジア超大陸の形成に向けて

サメは海を支配する

ペルム紀には超大陸の形成が伴い、海洋も独特の超海洋であるパンサラッサを形成しました。デボン紀の大量絶滅後も、優勢な軟骨魚類が依然として水中世界を支配していた。これらは初期のサメであり、形態が若干異なっていた可能性があります...

ヘリコプリオンは別の種類のサメの代表です。サメは歯以外は軟骨でできているため、化石として保存できるのは歯だけです。ヘリコプリオンの化石は螺旋状に配置されたサメの歯の板であり、間違いなく古生物学者にとって大きな課題を提起した。ヘリコプリオンの原型を復元するために、頭、ひれ、尾に螺旋状の歯を付けようとした。最後に、保存された螺旋歯の化石を最新の化石CT技術でスキャンすることにより、このタイプの螺旋歯は顎の奥深くまで成長し、アンモナイトを「吸い込む」ために使用されていたことが明確に指摘されました。ヘリコプリオンも驚くべきことにペルム紀末の大量絶滅を生き延びた。

ヘリコプリオンザメは軟殻の魚介類の大好物である

さまざまな時代におけるヘリコプリオンの復元

ヘリコプリオンの歯の正しいシミュレーション

さらに、他のサメも奇妙な形をしています。ゼナカンサスザメの頭部には、防御や繁殖に使用される棘があり、これは淡水サメによく見られる特徴でもあります。石炭紀の胸鮫（ステタカントゥス）の背鰭は平らな形をしており、現代のサメの背鰭とは大きく異なっており、サメの構造が改良されてきたことを示している。

トゲのあるサメが水中を泳ぎ回る

胸鰭の背びれはカンナのような形をしている

サメが海の頂点捕食者としての地位を維持しているのは、まさにその機敏な体と常に進化する体型のおかげであり、それは今日まで続いています。サメの60％は生きた子供を産む能力もあり、この高度な繁殖方法により、サメの生存能力も大幅に向上します。環境に素早く適応する彼らの強い能力により、最悪の大量絶滅イベントを生き延びることができました。

現代のサメは海を駆け巡る

空が落ち、地が割れる、長い間計画されていた危機

ペルム紀は、おそらくその悲劇的な結末で最もよく知られています。ペルム紀末の大量絶滅は、現在までに地球上で起きた最も壊滅的な生物絶滅であり、陸生動物の 75%、海洋生物の 96% を含む種の 95% が消滅しました。 1000万年の間、パンゲア大陸全体に死体が散乱し、海底は弱い生物の骨格で覆われていました。カンブリア爆発で誕生した生物の大部分は、歴史の舞台から完全に退きました。多くの時代にわたって生き残ってきた三葉虫、カブトガニ、四面体サンゴ、板状サンゴ、およびミミズは完全に姿を消しました。腕足動物、二枚貝、頭足動物、コノドントなどの他の動物種も最大 90% 絶滅しました。陸上のほぼすべての非洞窟性生物も壊滅的な災害に見舞われました。この恐ろしい大量絶滅は地球外天体によって引き起こされたのではなく、地球が長い間計画していた災害でした。

ペルム紀の大量絶滅のイメージ

ペルム紀末の大量絶滅の最も直接的な原因は地球規模の環境変化であり、大規模な火山活動によって引き起こされた可能性が高い。地球上で最も激しいものとして知られているマグマ活動があります。マグマはマントルの深部から発生し、核とマントルの境界から発生します。カバーエリアは直径数百万平方キロメートルに達することもあります。このため、地球全体が霧に包まれることになる。それが「スーパーマントルプルーム」です。通常のマントルプルームも核マントル境界またはマントル遷移層から発生し、大規模な火成岩区（大規模な塩基性岩と表面に形成された放射状の岩脈で構成されるマグマ構造）を形成することがありますが、スーパーマントルプルームは規模がはるかに大きく、100万年以上も噴出し続けることもあります。最新の研究では、それぞれの超大陸の収束はプレート下の超マントルプルームの上昇と関連していることも示されています。この大量絶滅の本当の原因はスーパーマントルプルームかもしれない。

世界の大規模火成岩地域の分布

マントルプルームは核マントル境界から発生し、大規模なマグマ活動を引き起こす。

大量絶滅の間に多くの種が消滅した

かつては、ペルム紀末の大量絶滅は1000万年近く続いたと考えられていました。現在の研究により、主な絶滅は2億5000万年前のペルム紀と三畳紀の変わり目に起こったことが判明している。学術界が現在信じているペルム紀末の大量絶滅はこの出来事を指しています。ペルム紀から三畳紀への移行の1000万年前、2億6000万年前のグアダルピアンからレピンギアンへの移行時に別の絶滅イベントが発生しました。グアダルピアン期とレピン期の変わり目に、中国南西部の下にスーパーマントルプルームが集まりました。数千万年かけて蓄積された後、すべての大陸が集まったとき、このスーパーマントルプルームはついに地球の地殻の下に到達しました。巨大な熱流が脆弱な地殻を突き破り、電光石火の速さで無数の火山の流路を開いた。玄武岩のマグマが洪水のように地表から噴出し、25万平方キロメートル以上の土地がマグマに覆われました。最も多様な生物多様性を持つ中国南部は一瞬にして煉獄と化した。超大規模な火山活動の発生により、空は濃い煙に覆われ、海は次第に酸性化し、すべてが終末のように見え、多数の種が絶滅し、過酷な環境に耐えられる少数の生物だけが生き残りました。この巨大なマグマ活動により、現在の峨眉山火成岩区が形成されました。

峨眉山大火成岩地域

ついに500万年後、火山は沈静化し始め、生命はゆっくりと回復し始め、環境もゆっくりと回復しました。しかし、ペルム紀と三畳紀の変わり目に、さらに恐ろしいことが起こりました。シベリアの下にもう一つのスーパーマントルプルームが集まり、今回は規模も速度も大きくなりました。シベリアのスーパーマントルプルームは急速に地殻に衝突し、亀裂1つだけでも長さ50キロメートルに及んだ。大量の玄武岩マグマが地殻の割れ目や火山頸から噴出し、約400万平方キロメートルの面積を覆った。玄武岩の厚さは2,000メートルに達する可能性がある。この噴火は100万年以上続きました。 1000万年の間に、2度連続したスーパーマントルプルームにより生物界は完全に絶望し、陸上と海洋の生態環境は悪循環に陥りました。瘴気と有毒な水に満ちた生態環境に生物が耐えることは困難でした。地球の怒りの前では、全生物の 95% が絶滅に向かっており、生命は取るに足らない無力なものに思えます。

中国の学者による最新の研究結果によると、中国南部の大規模な酸性火山活動がもう一つの大きな原因であることが判明した。地層中の銅、水銀、異常同位体の含有量が高いことから、汎大洋と古テチス海周辺の大規模な火山活動により、19億トンの銅と数十億トンの二酸化硫黄が大陸に流出し、海洋と陸上の生態系に深刻な影響を与えていることが判明した。火山は陸上の植生システムも破壊しました。この大惨事はシベリア大火成岩地域のほとんどの火山よりも古く、大量絶滅の実際の原因であった可能性が高い。ペルム紀末の絶滅の真の原因は依然として謎のままである。

シベリア洪水玄武岩

ペルム紀はマントルプルームの発生が活発だった時代です。峨眉山とシベリアは、2つのスーパーマントルプルームです。

ペルム紀末の恐ろしい絶滅

この大量絶滅は地球の深部で発生し、地球環境にも影響を及ぼしました。 2億年にわたって活動していた多くの生物が絶滅しただけでなく、地球環境も荒廃しました。しかし、人生はそこで終わらなかった。生き残った生物たちは、新たな時代のバトンを引き継ぎ、世代を追うごとに地球環境を改善し続け、大量絶滅から数百万年を経て、長らく眠っていた地球の生態系をついに目覚めさせたようだ。この時までに時代はすでに中生代に入っており、まったく新しい生物学的な外観が将来の世代による探索を待っていました。

三畳紀の生物復元地図

人生の物語は続く。ご興味がございましたら、次号もぜひご期待ください。三畳紀 - 爬虫類の復活、新たな時代？また絶滅か？

参考文献:

[1] ウィキペディア

[2] ブリタニカ

[3] 沈淑中、張華。 5 回の大量絶滅の原因は何ですか? [J]。サイエンス速報、2017、62(11):17。

[4] 沈樹中、張華、張宜春、他。中国におけるペルム紀の包括的な地層学と時間的枠組み。

[5] ペルム紀：超大陸の創造 – 博物館

[6] ラムゼイ JB、ウィルガ CD、タパニラ L、他。鋸を顎にして食べる：Helicoprion davisiiの顎と歯輪の機能形態[J]。形態学ジャーナル、2014年。

[7] Wang, C.、Mitchell, RN、et al.、2020、「超大陸サイクルにおけるメガ大陸の役割：地質学」v. 49、no. 4、p. 402-406.

[8]Zhang, H., Zhang, FF, et al., Planavsky, N., Shen, SZ*, 2021.ペルム紀末の大量絶滅の要因としてのフェルシック火山活動。サイエンスアドバンス7、eabh1390

写真はWikipedia、Pinterest、DeviantArt、その他参考資料から引用しています

編集者：ワン・ペン

アートエディター: 徐紅熙

校正：王海波申伯恒

出典：中国科学院地質地球物理研究所