興味深い古代生物：4億3800万年前の「長興魚」の化石が浙江省と新疆ウイグル自治区で数千マイル離れた場所で発見され、大陸移動説を証明した。

制作：中国科学普及協会

著者: 蓋志坤 (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

編集者注：科学技術の仕事の謎を解明するために、中国の最先端技術プロジェクトは「私と私の研究」と題する一連の記事を立ち上げ、科学者に独自の記事を書いて科学研究の経験を共有し、科学の世界を創造するよう呼びかけました。科学技術の最前線に立つ探検家たちと一緒に、情熱、挑戦、驚きに満ちた旅に出ましょう。

私が率いる研究チームは非常に若いチームですが、20年以上の慣らし期間を経て、朱敏院士の丁寧な指導のもと、徐々に成長してきました。チームは主に中国の甲殻類の起源、進化、関連する生層序学および古生物地理学の研究に従事しています。

ヨロイザメは東アジア特有のヨロイ魚の一種で、4億年以上前に生息していた。それは私の国とベトナム北部のシルル紀-デボン紀の地層でのみ発見されています。私の国における装甲魚類の化石の発見は、前世紀の初めにまで遡ります。 1913年、我が国の地質学の創始者である丁文江氏は、中国地質調査所長、地質研究所所長を務めながら、単独で雲南省に調査に行きました。彼は翠峰山と遼角山（現在は「遼角山」と呼ばれる）の前期デボン紀西山村層から魚類の化石を採集した。これらの魚の化石は後にアメリカの古生物学者グラバウによってケファラスピス属であると特定されました。これは、今日私たちが知っている装甲魚です。しかし、中国の古魚類学者劉玉海がわが国の甲殻類化石の系統的な古生物学的記述を初めて行い、甲殻類を研究した最初の人物となったのは、1965年になってからでした。過去100年にわたり、数世代にわたる中国の古生物学者の努力により、中国では合計約100種の甲殻魚類に命名され、亜綱分類単位が確立され、甲殻魚類はオステオケリド類、ヘテロケリド類、エクリプトケリド類、アンソケリド類とともに「甲殻魚類」の5大グループの1つとなった。

1990年代後半、劉玉海、潘江、王念中、王俊清ら甲殻類を研究してきた古生物学者の引退に伴い、中国の甲殻類研究も後継者不足という困った状況に直面し、新鮮な血を注入する若い人材が緊急に必要となった。

2002年に山東科技大学地球科学科を卒業し、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所に入学し、修士号を取得しました。私は幸運にも朱敏院士の最初の弟子となり、中国の甲殻類の研究を引き継ぎ始めました。 2006年、私は英国王立協会から全額奨学金を受け、英国ブリストル大学で王立協会会員のフィリップ・CJ・ドナヒュー教授の指導の下で博士号を取得し、中国産甲殻類に関する研究を続けました。

2012年、私は学業を終えて中国に戻り、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所で働き、学生たちを率いて中国の甲殻類の形態、解剖学、分類学、生態学について詳細な研究を行いました。頭蓋骨の内部構造と装甲魚類の頭の後ろの体の構造という、2 世紀にわたる 2 つの問題を解決するのに 20 年かかりました。これは、人間の顎の発達の起源、中耳の鰓の起源、および四肢の鰭のひだの起源に関する理論にとって最も重要な化石証拠を提供した。

この研究成果は、2011年にネイチャー誌の表紙推薦論文、2022年に表紙記事としてそれぞれ掲載され、学界で広く注目を集め、進化発生生物学の典型的な事例とみなされました。これらは、進化発生生物学、進化神経学、生命史、脊椎動物古生物学など、ヨーロッパ、アメリカ、日本などの国や地域の十数冊の教科書に次々と掲載されました。同時に、私は学生たちに甲殻類の生層序学や古生物地理学に関する研究を指導しています。

古生物学的な化石証拠は大陸移動説を証明する上で重要な役割を果たした。 1910年、有名なドイツの気象学者で地球物理学者のウェゲナーは、大西洋の両側の形状が補完的であることを発見し、大陸移動の考えを生み出しました。彼は、2億年前の世界の陸地は互いにつながっていたが、その後、力の影響で分離し続け、現在の位置まで漂流したと考えている。

この仮説を検証するために、科学者たちは多くの証拠を発見しましたが、最も説得力のある証拠の1つは、古代生物ディキノドンの化石証拠です。ディキノドンは約2億年前に生息していた哺乳類のような爬虫類です。主に陸上で生活し、海を渡って移動することはできませんでした。しかし、その化石は新疆、我が国、南アフリカ、インド、南極などの後期ペルム紀から前期三畳紀の地層に広く分布しています。海洋を横断する広範な分布は、これらの化石の遺跡が当時、同じ統一された大陸であるゴンドワナにあった可能性を強く示唆しています。

中国の装甲魚もプレート移動理論を証明する上で重要な役割を果たしている！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る魚類の一種です。ほとんどの装甲魚は頭部に平らな装甲を持ち、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。広大な陸地と広い海は、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。

最近、私の学生であるLi Xutong、Zhang Yumeng、Shan XianrenらがJournal of Geology（英語版）の表紙記事を発表し、シルル紀初期の装甲魚類の古生物地理学に関する研究の重要な進展を報告しました。つまり、私たちは南中国プレートとタリムプレートの両方で、装甲魚類の長星魚の痕跡を発見したのです。これは、長星嶼の形態と多様性についての理解を深めるだけでなく、プレート移動理論に新たな証拠を提供します[1]。

表紙には、新疆ウイグル自治区タリム盆地のシルル紀下部で研究チームが発見した巨大な波紋構造が写っており、浅い海洋環境であったことを示しています。年中長星恐竜と顧長星恐竜は、約4億3800万年前にタリム・中国南部共同プレート周辺の同じ浅海環境に生息していた可能性がある。

(画像出典: Acta Geologica Sinica の表紙)

4世代にわたる古生物学者が浙江省長興市での長興魚の発見を伝えた

長興魚は、約4億3800万年前のシルル紀前期に生息していた最古の装甲魚の一種です。彼らは非常に小さく、平らな頭の鎧の長さは約 3.5 cm しかなく、体の長さは 10 cm を超えません。彼らには一対の目がありますが、鼻孔は 1 つしかなく、その鼻孔は幅の広い水平のスリットの形をしています。目と鼻孔は両方とも頭の上部にあります。餌を噛むための上顎と下顎はなく、一対の胸鰭と腹鰭もありません。したがって、彼らは海底に生息し、底生で、遊泳能力が低い魚の一種である可能性が高いです。体系的な分類では、長興魚は甲羅魚亜綱の秀水魚科に属します。これは初期の装甲魚類の中でも原始的なグループであり、多くの形態学的特徴において装甲魚類の原始的な状態を表しています。

Changxingaspis gui は、1991 年に古魚類学者の Wang Nianzhong によって初めて発見されました。そのタイプ種は、浙江省長興県のシルル紀の海底赤色層から発見されたChangxingaspis guiです。属名のChangxingは化石標本が発見された浙江省長興県に由来し、種名のGuは南開大学の指導者であるGu Changdong教授を記念してWang Nianzhongが付けたものである。

浙江省長興市における顧長興魚の発見 (a) 2003 年に著者は長興市で野生の化石を単独で採集した。 (b) 浙江省長興市の魚類生息地層の柱状図。 （3）20年後の2023年、研究チームは浙江省長興市小浦鎮で長興魚類化石が発見された現場に戻った（左から賈蓮涛氏、趙文進氏、朱敏氏、蓋志昆氏、山仙仁氏）。 (d) 顧長興魚の生態回復マップ。 （写真出典：著者提供）

顧長興魚の発見は、40年にわたる研究物語であり、4世代にわたる古生物学者によって完成されました。

1988年、中国地質博物館の潘江氏は浙江省長興県眉山の小浦炭学校付近で現地調査を行い、長興魚と疑われる化石標本を発見した。しかし、化石の保存状態が不完全であったため、潘江氏は正式に新種と命名せず、暫定的にシウスイサスピス属の未分類種（シウスイサスピス属）と特定した。

1977年、古生物学者の王念中は、わが国の改革開放後に研修のためフランス、ドイツ、イギリスに派遣された最初の10人の科学技術者の一人でした。彼はフランスの国立自然史博物館古生物学研究所を訪れ、有名な古魚類学者J・レーマンの指導の下、新疆ウイグル自治区のペルム紀後期の大型化石魚類を研究した。 2年間の研修期間中、王念中氏は後期ペルム紀の魚類化石の研究を成功させただけでなく、自身の興味の対象であった無顎類の脳頭蓋骨と魚類の微化石の研究にも重点的に取り組みました。

王念中氏は中国に帰国後すぐに、当時中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所所長であった周明珍氏に、中国で2つの重要な研究プロジェクトを実施したいと提案した。その1つは、装甲魚類の脳頭骨の研究だった。潘江氏の初期の発見に基づいて、王念中氏は浙江省の長興地域に研究の焦点を当てました。何年も懸命に努力した結果、彼はついに大量の装甲魚類の化石、特に保存状態が美しい装甲魚類の脳頭蓋骨の化石を収集しました。

1991年、王念中氏はこの貴重な化石資料を正式に発表し、2つの新しい属と種、すなわちレーマン梅山魚と古長星魚と命名しました[2]。 2003年、私は朱敏氏と王念中氏の案内で、修士論文のための化石や資料を収集するために浙江省長興に来ました。

それ以来、私は毎年一人で浙江省の長興に化石を探しに行き、数か月間滞在しました。当時は科学研究資金が非常に少なく、野外でオフロード車をレンタルする余裕がなかったことを覚えています。お金を節約するために、私は村人の家に住み、自転車を借りました。私は化石を集めるために自転車に乗って化石畑へ行きました。

2003年から2007年にかけて、私は浙江省北西部の長興区で5回の現地地質調査を実施しました。 「努力は報われる」、何年も野生で粘り強く努力した後、私はついにここで突破口を開き、浙江シュウユとグーのチャンシンユの化石を大量に収集しました。しかしその後、研究チームが浙江暁魚の脳の研究に集中したため、顧長興魚の研究は一時的に棚上げされ、この棚上げは20年間続いた。 2022年になってようやく、江西師範大学の学部生である張玉夢さんと李旭同さんが中国科学院の学部生向け「科学技術イノベーションプログラム」に参加し、長興魚の研究を再開しました。このプログラムはプロジェクト形式で、全国の大学で理工学を専攻する優秀な学部2年生または3年生に資金を提供し、6月から12月まで中国科学院で科学研究とイノベーションの実践活動を実施します。私と修士課程の学生である山先仁の共同指導の下、張玉夢と李旭同は2年間の努力の末、ついに長興魚の研究を完了し、その研究結果を「Acta Geologica Sinica（英語版）」の表紙記事として発表しました。したがって、長興魚の発見と研究は、4世代にわたる古生物学者によって代々受け継がれ、完成された科学研究の物語です。今日、私の大学院生であるShan Xianrenが、博士号取得のために英国ブリストル大学に無事入学し、学部生であるZhang YumengとLi Xutongも修士号取得のために中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所に無事入学し、科学研究の物語が続いています。

古長興魚の化石とその形態復元

（画像出典：参考1）

古の長興魚は、楕円形の頭甲を持つ小型の甲冑魚で、長さは約3.5cmです。個体の大きさは秀水魚の約2倍です。長興猿の頭甲の先端には、内側に曲がった鎌状の内角が1対あるが、秀水猿の内角はほとんど発達していない。したがって、王念中氏は、潘江氏がこれらの新素材をXiushuisaspis属に分類したことに同意しません。代わりに、それらは Xiushuisaspidae 科の新しい属と種を表し、 Changxingaspis guiと名付けられました。

特に驚くべきことは、顧氏の長興魚が精巧な脳構造を保存していることである。復元と研究を通じて、甲殻類の脳内の解剖学的情報が解明されました。これは当時の装甲魚類の脳に関する最も包括的かつ詳細な研究成果であった[2]。しかし、化石材料の制限により、古長興魚の頭甲の腹面についてはほとんど分かっていません。

この研究で研究された顧長興魚の新しい資料は、完全な頭甲の正と負の型のペアであり、これにより、鰓孔、後鰓壁、鰓後部領域を含む顧長興魚の頭甲の腹側に関するより多くの情報が明らかになった。研究により、長興魚の頭甲の腹側部分は内角の基部を除いて背側部分よりもはるかに短く、この部分は後鰓壁で終わっていることがわかった。そのため、長興魚の頭甲の腹側には細い後鰓部がなく、これは当初の認識と異なる。

新疆タリム盆地で長興魚が初めて発見される

新疆のタリム盆地は、新疆南部、シルクロードの中心地に位置しています。かつては歴史上「シルクロード」で必ず通る場所でした。同時に、タリム盆地は、面積が約56×104平方キロメートルの、重なり合った大きなクラトンの石油・ガス盆地でもあります。それは21世紀における我が国の戦略的エネルギー拠点です。

前世紀末には、第8次および第9次5カ年計画における「タリム盆地の石油・ガス資源」に関する科学技術研究プロジェクトにより、タリム盆地の古生物化石の研究において画期的な進歩が遂げられた。しかし、古生物学では、タリム盆地の甲羅魚類の標本のほとんどは破損していて不完全であるため、この地域の甲羅魚類に関する研究の全体的なレベルはまだ非常に低い。 2007年以降、この地域の研究は停滞した。

2012年に学業を終えて中国に帰国後、私は新疆ウイグル自治区タリム盆地のシルル紀における古代魚類の現地調査を再開しました。 2018年、私は新疆ウイグル自治区タリム盆地のシルル紀で最古の多枝魚類であるSerratus serrulateusが発見されたことを報告しました。この発見により、多枝魚類の起源はデボン紀初期からシルル紀のランドーベ期まで遡り、その年代は約2000万年早まった[3]。

セラタス属の魚は、現代のエイと並行して進化した多くの特徴を示しており、装甲魚類の新しいライフスタイル、つまり半潜水型ライフスタイルを表していると考えられます。この新しいライフスタイルにより、装甲魚は捕食者から身を隠すのに効果的になりました。おそらくこの新しい生活様式のおかげで、ノコギリヒラメが属する始祖鳥科は、装甲魚亜綱の中で最も長生きした系統となった[3]。

2019年に私たちは再び現地調査を実施し、張西魚類の新資料を発見し、秀水魚類に分類しました。この発見は、タリム盆地には秀水魚類の化石は存在しないという従来の認識を覆した[4]。

2020年に、私たちは中国国家自然科学基金から資金援助を受けました。研究チームは2021年から2023年にかけて、疫病流行中の数々の困難を乗り越え、新疆タリム盆地に何度も現地調査に行き、3回の大規模な現地発掘を完了し、最終的に新疆ケピン市ケルマイティ地域のタタレルタグ層で豊富な装甲魚類の化石を収集しました。

3年間の発掘調査、内部の修復、比較研究を経て。 2023年、私たちは国際学術誌『古地理、古気候、古生態学』に、新疆ウイグル自治区タリム盆地で真の装甲魚である容江峡魚が発見されたことを初めて報告しました。研究チームがこの地域で最古の真装甲魚類を発見したのは、2018年にタリム盆地で最古の多腕魚類が発見されて以来初めてである[5]。これらの化石は、タリム盆地の古生代古地理の分析にとって非常に重要です。

現地調査チームは、新疆ウイグル自治区ケピン市ケルマティ地域のタタエルタグ層で広範囲にわたる波紋構造を発見した。これは、この地域が4億3800万年前には浅い海洋環境であったことを示している。

（左から：シャン・シェンレン、リン・シャンホン、ガイ・ジークン、チャオ・リードン）

（写真出典：著者提供）

今回研究され命名された長興魚の新種「年中長興魚」は、タリム盆地における長興魚属の「初発見」となる。この種の名前は、長興魚の脳の解剖学と頭部の形態学の研究における王念中氏の先駆的な業績を記念して付けられたものである。この新種は、背孔の幅と長さの比が3であること、側方横管が頭部の側縁まで伸びていること、第2側方横管が先端で二股に分かれていることなどにより、顧長興魚類とは明確に区別される。

年中長興魚類化石と形態復元

（画像出典：参考1）

長興魚は浙江省と新疆ウイグル自治区で発見された。その科学的意義は何ですか?

ある程度、体系的な古生物学研究は、絶滅した生物の近縁種を見つける旅でもあります。特に、同じ属の異なる種が複数発見された場合、その種の兄弟姉妹が発見されたと言えます。これは非常に重要な生層序学的意義を持ち、2 つの種がそれほど昔ではない時期に地理的に隔離され、2 つの新しい種に分化したばかりであることを示しています。年中長興魚は、タリムプレートにおける長興魚属の最初の化石記録である。この発見は、数千マイル離れた顧氏の長興魚の近縁種を発見するのと同じことだ。それは重要な生層序学的および古動物地理学的意義を持っています。

2023年、私たちは中国科学院南京地質古生物学研究所の院士である容嘉宇氏のチームと協力し、中国東部の江蘇省、浙江省、安徽省地域の典型的なシルル紀の地層で現地調査とデモンストレーションを実施しました。最終的に、私たちはこの一連の海成赤色層を康山層として特定しました。康山層の年代を確定するための重要な証拠の一つは、長興魚類の化石からの証拠です。

浙江省北西部の康山層の甲殻魚類には、秀水魚科の長興魚や、蜀魚、梅山魚、安吉魚などの真性甲殻魚類が含まれる。これまでの分類学的研究では、康山層の暁魚などの真の装甲魚類と西坑層の中国装甲魚類を「全体的な形態学的類似性」に基づいて比較し、さらに唐家嶼層と西坑層は地層学的に同等の位置にあり、その年代はシルル紀後期陸生テラキであると信じられてきた。

最近、系統解析に基づく分類学的結論により、康山層のエオルス類と梅山類、および清水層の清水類が単系統群であるエオルス類を構成していることが明確に示されました。康山層の網目状の安吉魚と清水層のハリネズミ状の安吉魚は、別の単系統群である安吉魚属を構成している。上記の単系統群は両方とも、上部赤色層の西坑層に生息する中国の甲殻類よりも原始的です。したがって、真装甲魚類の化石の観点から見ると、康山層は下部赤色層に属すると考えられており、清水層とよく比較することができます。

タリム・南中国接合プレートの古地理とシルル紀前期の秀水魚の分布

（画像出典：参考文献1、3）

しかし、秀水魚科は浙江省北西部の西坑層の海底赤色層と上部赤色層との比較のシンボルとしても使用されました。近年の魚類の生層序研究の深まりにより、秀水魚科はより長い地層範囲（シルル紀の下層赤色層から上層赤色層まで）を有しているものの、この科のメンバーは地層によって異なる組成的特徴を示すことが判明しました。

このうち、西魚魚類はシルル紀下部赤色層（清水層と塔塘塔層）にのみ産出するのに対し、秀水魚類はシルル紀上部赤色層（西坑層）にのみ産出する。新疆のシルル紀タタールタグ層でチャンシンギクス属が発見されたことは、この属も下部赤色層に属することを証明している。したがって、この研究は、浙江省北西部の魚類を産出する海洋赤色層（康山層）が、長興魚類の観点から見ると下層赤色層に属することをさらに裏付けている。

さらに、年中長星魚類は、江夏魚類と西魚類に続いて華南とタリム盆地に共通する3番目の甲羅魚類の属であり、タリム盆地と華南が約4億3800万年前には非常に接近していた可能性があり、同じプレート、すなわちタリム-華南結合プレートに属していた可能性があるという仮説をさらに裏付け、シルル紀前期に華南とタリムの間で発生した複数の密接な生物交流イベントの地理的根拠を提供します。

参考文献:

1. Li、XT、他、タリム盆地と浙江省のシルル紀からのチャンシンガスピス（Xiushuiaspidae、Galeaspida）の新しい発見。 。 Acta Geologica Sinica（英語版）、2024年。

2. Wang, N.-Z.、中国浙江省で発見されたシルル紀の無顎類2種と無顎類の関係についての考察、Early Vertebrates and Related Problems of Evolutionary Biology、MM Chang、YH Liu、GR Zhang（編集者）。 1991年、サイエンスプレス：北京。 p. 41-66.

3.Gai, Z., et al., 中国中期古生代産の新たな多鰓亜綱魚類（無顎類：Galeaspida）とその生態形態学的意義。 PLoS One、2018年13(9):p. e0202217。

4. Liu, YH, et al., 新疆タリム盆地産シルル紀のガレアスピッド類（幹顎口類）の再評価。 Vertebrata PalAsiatica, 2019. 57(4): p. 253-273.

5. Liu, WY, et al., タリム盆地のシルル紀から発見された最初の Eugaleaspiforme 魚類は、4 億 3800 万年前のタリムと南中国ブロック間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、2023年628頁。 111774。