大発見！中国の科学者は、3500万年前の地球がこのような姿だったことを糞便から発見した。

国際学術誌「iScience」第26巻第9号の表紙は癒しの風景写真です。そこには、深い森の草原の中に静かな池があり、たくさんのワニが満腹になって浅瀬で休んでいる姿が見られます。しかし、この生態環境復元地図はワニの糞の化石の山に基づいて作成されたものだということは知られていない。

iScience Vol. の表紙。 26、第9号。画像提供：iScience

この表紙論文は、3,500万年前のベトナム北部で発見された、保存状態の良い後期始新世のワニの糞の化石55点について報告しています。この発見により、ワニの糞の新しい属と種が初めて確立されました。この論文は、糞便化石の生態学的研究を通じて、ナヤン盆地の古代の環境的特徴を復元したもので、それが上の写真の美しい風景です。

糞石：古生物学研究の貴重なツール

糞石研究の歴史は実に2世紀にわたります。当初は無名だったが、近年の学際的かつ包括的な研究により、糞石は古生物学研究にとって貴重なツールであることが証明された。

1829年、イギリスの地質学者で古生物学者のウィリアム・バックランドが初めて糞石を研究し、「糞石」という用語を作り出した。この用語は後にすべての糞石の総称となった。当時、イギリスの有名な化石ハンターであるメアリー・アニングは、魚竜の化石の腹部に「小さな石」がいくつかあることに気づきました。小さな石が砕かれると、魚の骨や魚の鱗の化石が飛び出します。メアリー・アニングの観察はウィリアム・バックランドの注目を集め、バックランドは慎重に研究した後、1829年にこれらの小さな石は魚竜の糞石であり、糞石の螺旋状の円は魚竜の腸内で形成されたと提唱した。

ウィリアム・バックランドの1835年の糞石に関する論文からのイラスト。画像クレジット: ウィリアム・バックランド

実際、ウィリアム・バックランドが糞石に気づいたのはこれが初めてではありませんでした。彼は数年前にハイエナの糞石を観察した。 1822年、洞窟の堆積物で哺乳類の化石を調査した後、彼は次のように記した。「ここには小さな球体がたくさんあるが、それは骨を餌とする動物の固形カルシウム排泄物かもしれない...その形と外観はブチハイエナの排泄物に似ている。」ここで、ウィリアム・バックランドにも忘れられない功績があったことを付け加えておきたいと思います。 1824年、彼は恐竜の最初の有効な属と種を研究し、メガロサウルスと命名しました。

今日では、糞石の研究にますます注目が集まっています。糞石については、形態学、化石形成学、古生態学、花粉学、生物地球化学、体系的分類など、一連の研究を実施することで、古代生物の日常行動、栄養関係、摂食特性、消化管構造、さらには古代 DNA 情報まで明らかにすることができます。

2001年。糞石から復元された三畳紀の海洋食物連鎖。画像クレジット: Marie Cueille

英国ブリストル大学はかつて、イングランド南西部の三畳紀の海洋地層で発見された大量の糞石を研究した。彼らはCTスキャンを使ってさまざまな生物の骨や鱗を特定し、それに基づいて2億年以上前の古代の海洋生物の食物連鎖を再構築し、捕食者と獲物の関係について推測しました。研究結果は基本的に私たちのマントラに従っています。大きな魚は小さな魚を食べ、小さな魚はエビを食べます。

中国科学院南京地質古生物学研究所は、白亜紀の琥珀の中から短い羽を持つ甲虫とその糞石を発見した。昆虫の体や糞石にはキクやバラの花粉と非常によく似た大量の花粉が付着しており、昆虫が1億年以上前から高等被子植物の花粉を散布しており、現在もそれが続いていることを示している。

ワニが生息していた古代の生態環境はどのように再現されているのでしょうか？

記事の冒頭で触れた「iScience」の表紙記事の研究作業は、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所とベトナム国立自然博物館の協力により完了した。 2018年秋、合同科学探検隊はベトナム北部ランソン省ナヤン盆地で現地調査を実施した。ナヤン盆地は、我が国の広東省茂名市にある始新世の化石遺跡と同様に、豊富な動植物と生痕化石を有する東南アジアの重要な化石遺跡です。科学調査隊はナヤン炭鉱で100個以上の糞石や様々な脊椎動物の化石を発見した。

科学調査隊はベトナム北部のナヤン炭鉱を調査している。画像提供: Wu Feixiang

調査中に、その場に埋もれていたワニの糞の化石が発見された。写真の化石の大きさはナイフの大きさの参考になります。画像クレジット: ポール

その後の研究では、研究チームは糞便に対して、分類のための形態の記述、糞石の生層序の確立、組織切片の観察、CTスキャンによる内部物質の発見、エネルギースペクトル分析による元素ピークの表示、花粉分析による植生の外観の再構築など、一連の分析を実施しました。

ベトナム、ナドゥオン盆地から発見された始新世後期のワニの糞石。画像クレジット: ポール

体系的な分類と花粉分析を通じて、研究では糞石と恐竜の足跡の両方が生痕化石であることが判明した。恐竜の足跡の体系的な分類は長い間広く認識されてきましたが、糞石の体系的な分類は主に次の 2 つの理由から停滞しています。

まず、埋没と続成作用により、糞石の保存状態は変化します。糞便は砕かれて塊になったり、砕かれてスラグになったりしており、元の状態で保存されているものは珍しい。

第二に、同じ生物であっても、異なる摂食習慣を持つと、異なる形態の糞便を排出することがあります。これは理解しやすいですね。毎日食べる食べ物も違えば、排泄する便も違います。春、夏、秋、冬、祭りなど、毎年少なくとも十数種類の糞便があります。

国際動物命名委員会は1999年に生痕化石の命名規則を制定しました。この規則に基づき、本研究では初めてワニの糞石の命名法を導入し、新属新種をCrococopros naduongensisと命名しました。Crococoprosはワニの糞石を意味し、naduongensisは糞石が発見されたベトナムのナドゥオンを指します。

糞石と周囲の岩石に含まれる花粉。画像クレジット: ポール

中国科学院西双版納熱帯植物園は、糞石と周囲の岩石の詳細な花粉分析を実施し、花粉が非常に豊富で、藻類2種、シダ類3種、裸子植物5種、被子植物66種を含む合計76種の花粉が含まれていることを発見した。

これらの花粉は、ワニが生息していた古代の生態環境を復元するのに直接役立ち、3000万年以上前、ベトナムのナヤン盆地は熱帯/亜熱帯気候で、周囲の地形は高低差があり、植生環境が変化していたことを示しています。標高の高い山岳地帯は亜熱帯の常緑広葉樹林で、標高の低い湖沼地帯はスイレンやウキクサなどの淡水藻類や水生植物が大量に生息する熱帯雨林環境です。

ベトナムのナヤン盆地における始新世の生態環境の復元の完全な地図。画像クレジット: ポール

ナヤン炭鉱化石発掘現場では、魚、霊長類、鳥、カメなどの動物の化石も発見されている。科学者と画家は、植生や動物種と組み合わせることで、協力して古代の環境を再構築し、3000万年以上前のベトナムのナヤン盆地の生態学的外観を復元することができます。癒しの光景がゆっくりと展開します。森林の植生は繁栄し、川や湖には水が満ち、食料資源は豊富で、生物の繁殖に適しています。食物連鎖の頂点に立つワニたちは、心ゆくまで食べたり飲んだり、ゆっくりと排便したりしながら、ここで繁栄しています。

企画・制作

中国科学普及協会制作

著者: 張立昭、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所

プロデューサー丨中国科学博覧会

編集者：イヌオ