事件解決！ 4億3800万年もの間離れ離れになっていた兄弟が発見されたとき、彼らの距離は200キロ未満だった

少し前に、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た。

今回、古生物学者は真の装甲魚類の新種、Jiangxialepis jiujiangensis を発見した。この記事では、古生物学者の日常生活に深く入り込み、この新種の発見の裏話を学びます。

割ってこそ役に立つ「スプリットキス」

今回発見された「九江江夏魚」とはどんな魚なのでしょうか？分類学上は、真ヘルミンテス目、甲羅亜綱、エオルス科、ジャンクシアサウルス属に属し、中背孔の前端が吻甲縁まで前方に伸び、吻縁を分割する特徴があり、「分割吻端」と呼ばれています。

裂鼻を持つ装甲魚 - 西坑裂鼻魚（写真提供：郭暁崇）

「分かれた鼻」はあまり健康的ではないように聞こえるかもしれないが、甲羅のある魚にとっては、「分かれた鼻」を持つことは良いことなのかもしれない。中背孔は装甲魚類の鼻孔です。甲羅魚の鼻孔は口と直結しています。水は鼻孔から口に流れ込み、その後ガス交換のためにえらに流れ込みます。したがって、中背孔は装甲魚類にとって重要な呼吸器官です。

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」は、装甲魚類の中背開口部に前方と下方の開口部を追加します。このようにして、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、科学者たちは、「分割された鼻」が、甲羅を持つ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と推測している。

さまざまな形の装甲魚の背部の穴（写真提供：ヤン・ディンフア）

甲羅魚類の中で、「裂鼻」という特徴は、九江江夏の魚類で初めて発達しました。科学者たちはまた、別の甲羅を持つ魚類、西坑の裂鼻魚の化石にも「裂鼻」の特徴を発見したが、この甲羅を持つ魚類が「裂鼻」の特徴を示したのは、九江江夏の魚類が「裂鼻」を示した300万年後になってからだった。

では、これら 2 種類の装甲魚の関係は何でしょうか?九江江峡魚は西坑裂口魚の「祖先」ですか？答えは、それらは互いに何の関係もないということです。

江夏魚とスプリットノーズ魚は、まったく異なる進化系統に属します。前者はエオロス科に属し、エウトロフェウス目の最も原始的な系統を代表する。後者はシナプテルス科に属し、エウトロフェウス目のより進化した系統を代表する。どちらもEusarcheidaeに属しますが、江夏魚とスプリットノーズフィッシュは2つの異なる魚の祖先から進化したため、両者の間に世代継承関係はありません。

2 つの異なる系統の生物が類似した環境に生息しているために同じ特徴を進化させる現象は、平行進化と呼ばれます。 「分かれた鼻」の特徴は、アイオロス科とシナプテルス科の両方に存在し、これは「分かれた鼻」が少なくとも2回、エウアプテルス科で独立して発生したことを示しています。

江夏の魚類は、「分裂した鼻」に加えて、頭の甲羅の後ろにある背骨の中央部や背骨の中央部の隆起の発達など、科学者がこれまで多鰓類目と中国魚綱にのみ存在すると信じていた特徴も進化させた。中背棘と中背隆起は飛行機の垂直尾翼と同様の機能を果たし、装甲魚類が泳ぐ際にバランスを保ち、体が傾くのを防ぎます。

これら一連の特徴の出現は、真装甲魚類が進化の初期段階で、水の摂取効率やバランスの維持などに関するさまざまな進化の試みを行っていたことを示しており、形態の多様性が高いことを示しています。

九江江夏魚 (Jiangxialepis jiijiangensis) の化石写真 (写真提供者: 写真提供: Gai Zhikun)

九江江峡魚類の発見は、シルル紀前期の真装甲魚類の種の多様性に関する理解を深めるだけでなく、シルル紀前期の装甲魚類の放散進化と生物古地理学のより深い理解にとっても非常に重要な意義を持っています。

古生物学者は「推論問題」をどのように解決するのでしょうか?

古生物学の研究を行うことは、多くの場合「推論問題を解く」ことに似ています。今回発見された九江江夏の魚類化石は古生物学者にいくつかの難しい問題を提起したが、科学者は手がかりから答えを見つける専門家であり、今回も例外ではない。彼らは九江江夏の魚の移動ルートを発見した。どうやって知ったのですか？次の理由を見てみましょう。

九江江峡魚は甲殻類に属する魚です。私たちはまず、甲殻類の生息環境と回遊経路から推論を始め、九江江夏の魚についてさらに理解を深めていきます。

装甲魚類の生息環境を理解するために、古生物学者は2段階の方法をまとめました。

ステップ 1: 化石自体の生態学的特性を観察します。

装甲魚類の頭部装甲は強く平らになっており、口は腹側に、目と鼻孔は背側に位置しています。科学者たちは、彼らの目が頭甲の背側にあることから、彼らは海の底に住んでいると推測している。これは、背側の目は頭甲より上の視界しか得られず、頭甲より下の領域は魚の視覚の死角となるためです。したがって、海の底に住むことによってのみ、捕食者をより早く発見し、敵から逃げることができるのです。

一方、甲殻類は無顎類に属します。彼らは噛むための顎、つまり「あご」を進化させていないので、食べ物を濾過することによってのみ生き延びることができます。頭甲の腹側にある口は、甲羅を持つ魚が主に底水や泥の中の藻類や有機物を濾過していることを示しています。これらの生態学的特徴から、底生濾過摂食生活を送る無顎魚類の一種であると推測できます。

さらに、厚い外骨格を持ち、対になった鰭がありません。しかし、胸鰭と腹鰭は脊椎動物の前肢と後肢に相当するため、魚類にとって軽い体と対鰭は非常に重要です。その主な機能は、魚が前進したり、バランスを維持したり、方向を制御したり、移動中にタイミングよく「ブレーキ」をかけたりできるようにすることです。対鰭がまだ進化していない装甲魚は泳ぎが得意ではなく、外骨格の頭部装甲の「負担」も相まって、装甲魚は泳ぐのがあまり得意ではありません。

九江江仙魚（上）と侯吉江仙魚（下）（写真提供：Shi Aijuan）

主に底生生活を送り、移動力が弱いため、甲羅魚類は拡散したり回遊したりする能力が限られており、古代の陸地の端にある浅い海洋環境に生息していたと推測されています。

浅い海には、河川などの外力によって運ばれてきた堆積物や、海食によって浸食された物質が大量に流入します。堆積物の供給源は非常に豊富で、有機物含有量は穏やかな深海よりもはるかに高くなっています。また、浅い海域には太陽光や酸素が豊富に存在し、甲羅魚などの底生濾過摂食魚にとって非常に適した環境です。実際、現代の海洋では、ほとんどの底生生物も浅い海域で大量に繁殖しており、その種と数は他の海域のそれをはるかに上回っています。

さらに、科学者たちは、装甲魚類は古代の海岸線に沿ってしか回遊できず、海洋を越えて広がることはできないと推測している。

これは、海を渡って移動するのが難しい作業であり、魚がこの偉業を達成するにはさまざまな条件を満たす必要があるためです。例えば、長距離の移動中に体力とスピードを維持するためには、十分に強い遊泳能力が必要であり、また、長距離の移動や食糧不足の課題に対処するために十分な食糧源も必要です。

明らかに、“いじめっ子”で土を餌とする装甲魚が海を渡って移動する可能性は低い。実際の状況では、彼らは「快適ゾーン」に留まり、古代大陸の端にある浅い海の環境に沿って広がることしかできません。

観察の第一段階が終わったら、次は古地理分布を調べる第二段階に移ります。初期のトレチ甲羅魚類の古地理分布から、その古地理分布は明らかに海洋環境によって制限されており、基本的には古代の陸地の端にのみ分布していたことがわかります。

古地理学的研究によれば、 4億3800万年前のシルル紀初期には、主に中国の揚子江流域を含む南シナプレートは揚子江として知られる広大な海であったことが分かっています。海域はさらに上長江と下長江に分かれており、その間には九江海峡という狭く長い浅い海域がある。

湖北省武漢市と江西省武寧市は九江海峡で隔てられており、その間の最短直線距離は200キロメートル未満である。

中国南部のシルル紀初期のランドヴェリアン-テリキアン期の古地理地図と装甲魚類の化石の産地（画像出典：Shan Xianren、Chen Xu および Rong Jiayu、1996 年、Rong Jiayu 他、2012 年より改変）

江西省武寧市シルル紀下部赤色地層の清水層の文堂化石群は、古代魚類の種の多様性が最も高く、他の地域のこの群のほぼすべての属と種を網羅しています。この現象から、江西省武寧地域が甲殻類の放散と拡散の中心地の一つである可能性も推測できる。

今回発見されたジャンクシアサウルスは、湖北省武漢市と江西省武寧市で同時に発見された。これは、シルル紀初期に、甲殻類が揚子江上海と揚子江下海の間の九江海峡を通って揚子江を南北に移動したことを示しており、これにより甲殻類は揚子江の北端に沿って東西に広がり、それぞれ安徽省巣湖と湖北省菁山まで到達することができたと考えられる。

どうですか、この推論は興味深いですか?

4億3800万年の間失われていた江夏の魚の兄弟

古生物学者はなぜ「大きな土の山」を「掘り続ける」のでしょうか?一日中化石の周りで働くのは退屈ではないでしょうか?古生物学を絶滅した生物の近縁種を探す旅と考えると、この種の研究は非常に興味深いものになります。

九江江夏魚を例に挙げてみましょう。実際、それを見つけるプロセスは非常に困難です。

九江江夏魚が発見される前に、その「兄弟」である厚済江夏魚がすでに揚子江の北端に位置する湖​​北省武漢地域で発見されていました。この甲羅魚は長江の南端に沿ってのみ分布していたと常に考えられてきた。

これは、揚子江の北端と南端の間で装甲魚類の交換と拡散があったに違いないことを示しています。そこで科学者たちは江西省の九江地域に注目した。 4億4千万年前のシルル紀初期には、武漢に最も近い浅海域であり、そこには江夏の魚に関する他の手がかりがあるはずだ。

江西省の九江地域は、中国におけるシルル紀初期の脊椎動物の化石の非常に重要な産出地域です。わが国の著名な古魚類学者である潘江氏は、1980年代に早くも九江省秀水県太陽勝鎮で現地調査を行い、中国甲冑魚、裂鼻魚、秀水魚などの無顎類の化石を初めて発見しました。

2003年には、当時中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の大学院生であった蓋志坤研究員も朱敏院士の指導の下、秀水県に現地調査に赴き、甲冑魚類に関する多数の新資料を収集した。

しかしその後、研究チームが浙江省長興市のシルル紀暁魚の研究に集中したため、江西省九江市の甲殻類の研究は一時棚上げとなり、この棚上げは10年間続いた。

2012年、英国留学から帰国した蓋志坤研究員は、江西省九江市でシルル紀甲甲魚類の研究を再開し、再び甲甲魚類の「親戚探し」の旅に乗り出した。彼は数年連続で九江秀水地区に赴き現地調査を行った。

2019年、研究チームは例年通り現地調査を行うために九江へ向かった。しかし、秀水県高速道路が修理中だったため、研究チームは武寧県の麗渓鎮出口から早めに高速道路を降りざるを得なかった。

しかし、このルート変更により、研究チームは、秀水地域のものよりも古い古代の魚の化石群を、麗渓鎮の建設現場で思いがけず発見することができた。この化石群は秀山動物群の下に位置し、シルル紀の下部赤色地層の清水層に属します。これは、オルドビス紀末期の大量絶滅後の地球規模の脊椎動物の最も初期の回復と放散進化を表しています。

これを機会に、研究チームは九江市武寧地域での現地発掘を強化した。 2022年に浙江省安吉の網目模様の安吉魚の生物学的兄弟を江西省武寧市で発見した後、今度は湖北省武漢のホウジ江夏魚の生物学的兄弟を同じ場所で発見し、両者の直線距離は200キロ未満である。

結論

九江江峡魚類の生態を解明することは興味深い推論の過程であり、この種の発見自体もドラマに満ちているが、古生物学者が科学的研究を完成するために推測と運に頼るしかないというわけではない。毎日懸命に働くのが彼らの当たり前です。

※本論文に関連する研究は、国際学術誌「Acta Geologica Sinica（英語版）」の表紙記事として掲載されました。論文のタイトルは「江西省のシルル紀テレキアン初期に発見されたジャンクシアサウルス属の新種とその生層序学的意義」です。中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の修士課程学生であるShan Xianren氏が論文の筆頭著者であり、Gai Zhikun研究員が論文の責任著者である。

企画・制作

中国科学普及協会制作

著者: 中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所、山先人蓋志坤

プロデューサー丨中国科学博覧会

出典：中国科学博覧会（kepubolan）

編集者：王夢如