5億1800万年前の雲南虫はどんな昆虫だったのでしょうか？ 2022年の中国古生物学におけるトップ10の進歩が発表されました

魚から人間への重要な進化のつながりは、いつ、どこで、どのように起こったのでしょうか?キリンの首はなぜこんなに長いのでしょうか？ 43,500年前の古代のトラはどんな姿だったのでしょうか? 3月17日、中国古生物学会は江蘇省南京で「2022年中国古生物学十大進歩」の結果を発表し、上記の謎が一つずつ解けた。

選定された成果は、中国科学院古脊椎動物・古人類学研究所、中国科学院南京地質古生物学研究所、中国地質大学（武漢）、北京大学、南京大学、長安大学などの研究機関や大学によって完成されました。「トップ 10 の進歩」は、カンブリア紀から第四紀までの複数の地質時代を網羅する 31 のノミネートされた成果から選ばれました。

「2017年に『中国古生物学の十大進歩』が初めて発表されて以来、中国古生物学の十大進歩は世界の古生物学の風向計となっている。」中国古生物学会の張元東事務局長は記者団に対し、「十大進歩」には古生物学に加え、地層学、古生態学、古人類学、地球化学、地質構造学など、十数分野を統合し横断する研究の進歩である関連分野も多数含まれていると語った。

中国科学院南京地質古生物学研究所提供の雲南省昆虫生態回復地図

現在までに発見された最も原始的な脊椎動物は、5億1800万年前の雲南省の虫である。

現代の脊椎動物はどこから来たのでしょうか?最も古い脊椎動物は何ですか?地球上の生命の進化の過程において、脊椎動物の起源という疑問は常に最も興味深い科学上のホットスポットでした。

進化生物学者は通常、現生の頭索動物であるナメクジウオの特徴に基づいて、脊椎動物の祖先は脊索、背側神経管、鰓裂を持つ後口動物の一種であったと推測する。しかし、この仮説上の脊椎動物の祖先は、化石証拠によって裏付けられたことはありません。

これらの主要な古生物学的疑問に対する答えは、私の故郷である雲南省の澄江動物相の中にあります。 2022年7月8日、中国科学院南京地質古生物学研究所の朱茂燕研究員が率いる「地球生命システムの初期進化」研究チームと南京大学地球科学工学学院の江宝宇教授の研究グループが緊密に協力して完成させた研究成果が科学誌「サイエンス」に掲載された。研究により、5億1800万年前のカンブリア紀に澄江動物群によって生み出された雲南虫は、脊椎動物特有の細胞軟骨構造を持つ咽頭弓を持っていたことが判明し、雲南虫が最も原始的な脊椎動物のグループであることが確認された。

研究チームは、3次元X線トモグラフィー、フーリエ変換赤外分光法、ラマン分光法、走査型電子顕微鏡法、透過型電子顕微鏡法など、さまざまな最新の実験技術を使用して、これまで分類が疑問視されていた動物、雲南省の虫を、その微視的解剖学的構造の観点から再調査した。

研究チームは、雲南虫標本127体の鰓弓構造を再分析した結果、雲南虫の鰓弓に立体的に保存された円盤状の細胞構造とタンパク質ミクロフィブリル構造を初めて発見し、雲南虫が脊椎動物に特有で細胞軟骨で構成された鰓弓を持っていることを証明し、雲南虫が原始的な脊椎動物であることを示した。

「研究結果は雲南ゾアが基幹脊椎動物であることを裏付けており、脊椎動物の起源と初期進化に関する重要な証拠を提供し、脊椎動物の咽頭頭骨の重要な特徴の進化の探究に広範囲にわたる影響を及ぼすだろう。」中国科学院南京地質古生物学研究所の研究員、趙芳塵氏は、別の観点から見ると、この研究は澄江の動物化石がマイクロ・ナノスケールの微細な生物学的構造を保存する可能性があることを改めて実証したと述べた。

5億3500万年前の化石は、しわのある嚢胞は脱皮動物であった可能性が高いことを示唆している。

▲2017年のネイチャー誌の表紙記事では、しわのある嚢胞が最も原始的な後口動物であると提唱されている（画像提供：Jian Han/Dinghua Yan）

５年前、わずか１ミリの大きさで大きな口を持つ動物がネイチャー誌の表紙に登場し、激しい議論を巻き起こした。当時の研究では、「しわ囊虫」と呼ばれるこの微生物は最も原始的な後口動物であり、人類の祖先の近縁種であると考えられていました。

▲最新の研究で描かれたシワシワの立体芸術的復元（写真提供：中国科学院南京地質古生物学研究所）

しかし、2022年8月、長安大学、南京地質古生物学研究所、中国科学院などの国内外の研究者からなる研究チームは、約5億3500万年前の陝西省南部の微化石シワシワ虫の詳細な研究を通じて、袋状の体構造を持つシワシワ虫（約5億3500万年前）が脱皮動物であることを確認し、袋状の体構造が脱皮動物の祖先に現れたことを明らかにし、脱皮動物の体構造の起源の研究にさらなる可能性を提供した。同時に、シワシワ虫は最古の後口動物ではないことが確認され、後口動物亜界化石の初出現時期はやはり約5億1800万年前であるはずである（澄江動物群）。関連する結果はNature誌に掲載されました。

▲化石化した嚢胞の解剖学的構造の分析（画像出典：文献[1]）

かつて最古の後口動物であると解釈されたしわのある嚢胞の主な特徴は、以前の研究ではしわのある嚢胞に「鰓孔」があると考えられていたことです。「しわのある形の嚢虫には鰓孔がありません。かつて鰓孔と解釈されていた構造は、化石化の過程で閉じた棘のある骨板が摩耗して形成された穴のような構造である可能性が高いです。」中国科学院南京地質古生物学研究所の研究員、張華僑氏が記者団に語った。同時に、しわ状の嚢虫の発達した表皮と上皮には繊毛がなく、末端口と環状口が放射状に対称に配置されていることから、脱皮動物に近い関係にあることが示唆されています。そのため、研究チームは、シワシワの嚢虫は後口動物ではなく脱皮動物である可能性が高いと考えています。

脱皮動物は、円口動物（鰓虫、回虫など）と節足動物（三葉虫、クモ、エビなど）を含む前口動物の一分野です。最も古い脱皮動物はカンブリア紀の「幸運期」に出現したと知られているが、それらはすべて環形動物であった。しわのある嚢胞は、最も古い脱皮動物として知られるものに新たな種類を加えた。同時に、シワシワ虫の「シワ型」の体構造は、他の脱皮動物の「虫型」の体構造とは明らかに異なっており、「虫型」が脱皮動物の唯一の体構造型ではないことを示し、脱皮動物の最新の共通祖先は虫型の体構造ではない可能性がある。

2022 年の中国古生物学における 10 大進歩

1. シルル紀の化石堆積物は初期の顎脊椎動物の出現と多様性を明らかにする

2. 古代ゲノムは、過去5,000年間の新疆における人類の人口形成の歴史を明らかにする

3. 超微細構造から雲南省は原始的な脊椎動物の咽頭骨格を有していることが明らかになった

4. プレウロシスティスは脱皮の早い動物であり、最も早い後口動物ではない

5. 性的選択はキリンのような頭と首の特殊化の進化を促進する

6. 4万年前の東アジアにおける現代人による顔料処理と革新的な複合道具の使用

7. 中生代昆虫の主要な生態学的行動の進化

8. 世界初となる古代トラのゲノム

9. 大気中の二酸化炭素濃度の変化がペルム紀末の大量絶滅のメカニズムを明らかにする

10. 古生代後期の氷室気候下における地球温暖化と海洋低酸素症（進捗10と同点）

10. 三畳紀・ジュラ紀の火山活動と陸上生態系の変動の影響（進捗10位同率）