【創作栽培プログラム】3億9千万年前の「醜くてかわいい」東洋の魚の生存の秘密を解明

著者：Meng Xinyuan、Gai Zhikun

レビュアー: 趙文金

この醜くてかわいい古代の魚が生き残るためにどれほど懸命に戦っているか知っていますか?この醜くてかわいい古代の魚を発見し、研究する過程がどれほど苦痛なものだったかご存じですか?

図1 東洋魚類生態回復地図（楊定華作）

この古代の魚は東洋魚と呼ばれています。この論文は、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の修士課程修了者である孟馨源氏が、研究員の蓋志​​坤氏の指導のもと、専門学術誌「Acta Vertebrate Paleontology」に最近発表した。しかし、生態系回復地図の元となった化石資料は最近発見されたものではない。

1980年代、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の王俊青氏ら古魚類学者らは、雲南省楚雄イ族自治州武定県で現地調査を行い、古代魚類の化石を大量に発見した。化石が比較的壊れていたため、この化石資料は収集後、中国科学院古脊椎動物・古人類学研究所の地下標本図書館に積み上げられた。当時はあまり注目されなかったため、この化石は30年以上もの間、地下の標本図書館で封印され、眠ったままでした。

2014年になって初めて、古脊椎動物学・古人類学研究所の王俊清氏が標本を整理しているときに、偶然、奇妙な埃っぽい化石を発見した。それを水で洗った後、彼はそれが不完全ではあるが特徴的な装甲魚、つまり多枝魚の頭の装甲の一部であると認識した。こうして、長らく封印されていた東洋の魚類の化石がついに発見された。この化石が再発見され、最近正式に公開されるまでに約10年かかりました。ようやく待望の登場と言えるでしょう。この古代魚に関する研究成果の発表は、40年前に王俊清氏が野生で発見したことに対する良い説明とみなすことができ、また、長年引退していた王俊清氏への大きな賛辞でもある。

図2 東洋魚類の新標本の写真（A、蓋志坤撮影）とその復元図（B、郭暁崇作画）

東洋魚の最大の特徴は「複数の鰓」です。鰓嚢の数は45対にも及び、歴史上最も多くの鰓嚢を持つ装甲魚類です。鰓は甲羅を持つ魚類にとって最も重要な呼吸器官です。これらは頭部装甲の腹側の両側に対称的に配置されており、装甲魚が水中から酸素を得るのに役立ちます。魚のえら袋の数が多いほど、酸素が不足した環境でも生き残ることができます。

今日よく見られるサメやエイなどの軟骨魚類には、5～7対の鰓しかありません。私たちが日常的に食べているスズキやニベなどの硬骨魚も、鰓は5対しかありません。これらの現生魚と同様に、初期の装甲魚も鰓の数が少なく、鰓嚢は 6 ～ 7 対しかありませんでした。これは装甲魚の原始的な状態を表している可能性があります。分類学上、東洋魚類は装甲魚類の亜綱であるポリブランキウス目に属し、ポリブランキウス科はポリブランキウス属をモデル属として命名されている。しかし、この「多鰓魚」は、今ではその名前に値しないものになっているようだ。

実は、Polybranchius 属が最初に命名されたとき、この魚は 12 対の鰓嚢を持っていたため、Polybranchius と名付けられ、それが「複数の鰓」に対する私たちの理解を一新しました (前述の初期の装甲魚を参照)。 2018年、私たちは新疆ウイグル自治区のタリム盆地で4億3800万年前の多腕魚類を発見しました。これは現代のエイのように半分地中に潜ることができる世界初の装甲魚であり、6対の鰓嚢しか持っていない。それに比べると、12対の鰓嚢は確かに鰓が多すぎると言えるでしょう。しかし、新たな化石が発見されるにつれ、事態は制御不能になり始める...

約4億1100万年前、12対の多鰓魚や18対の広甲魚など、多鰓魚類の「多鰓」が発達し始めましたが、鰓嚢の数は20対未満でした。約4億800万年前、甲殻類の鰓嚢の数は、いくつかのグループでは30対以上に増加し、東洋魚類は45対もの鰓嚢を持つ典型的な例であった。したがって、もともと「多鰓」と名付けられた多鰓魚の鰓の数は、東洋の魚に比べてはるかに劣っており、比較の対象にはなりません（多鰓魚を「多鰓」と呼ぶのは恥ずかしくないのでしょうか？）。

図3 東洋魚類（A）、広尾亀類（B）、多枝魚類（C）の鰓嚢の比較（郭暁崇作）

では、鰓嚢の数が増えるということは何を意味するのでしょうか?

この新しい化石は、装甲魚類の鰓嚢の数とデボン紀の海洋無酸素現象に関する謎を解く方向を示しています。前述のように、装甲魚類の鰓嚢の数が急激に増加したのは、シルル紀からデボン紀にかけての進化の傾向でした。

その理由は、デボン紀、特に3億9500万年前には、陸上の維管束植物の多様性が大幅に増加し、海面が上昇し続け、栄養分の供給が十分であったためと考えられます。いくつかの期間にわたって、広範囲に分布する黒色頁岩/有機物を豊富に含む堆積物が形成され、水域の底で大量の酸素が消費され、浅い海洋環境が短期的に低酸素状態になり、大規模な脊椎動物の絶滅につながりました。

装甲魚類は浅い海や沿岸環境に生息すると古くから信じられてきました。酸素含有量の少ない浅い海の環境は、彼らの生存に障害を生み出しました。呼吸を助けるためにすでに多数の鰓嚢を持つ甲殻類もいたが、酸素不足による今回の絶滅でその多くが消滅した。東洋の魚は歴史上最も多くの鰓嚢を持っており、それが酸素含有量の少ない浅い海環境で生き残るのに役立ち、2000万年近くも生きることを可能にしている秘密兵器であると考えられます。

図4 シルル紀からデボン紀にかけての甲殻類の系統関係と属レベルの多様性の変化（孟新源と楊定華によるイラスト）

東洋魚類の新標本の発見は、雲南省中期デボン紀の多枝魚類の地質学的空白を埋め、東洋魚類属の生存期間を約4億1000万年前から約2000万年前まで延長するものである。これはまた、装甲魚類の鰓嚢の数とデボン紀初期の海洋低酸素現象の共進化を研究する上でも大きな意義がある。

東洋魚類の新標本の発見は、中期デボン紀の甲殻類の化石記録としては我が国で2番目となる。最初の記録は広西チワン族自治区博白で発見された中眼窩近縁種の魚類で、保存状態が非常に不完全でした。これら 2 つの記録より後の唯一の装甲魚類の化石は寧夏回族自治区中寧で発見され、その年代は後期デボン紀である。これにより、もう一つの未解決の謎が浮上します。甲羅を持つ魚はいつ寧夏回族自治区と広西チワン族自治区に移住したのでしょうか?この謎は、今後のさらなる研究によって解明される予定です。

甲殻類の鰓嚢数の進化について考えると、「酸素の少ない環境で生き残るために、東洋の魚は多数の鰓嚢を進化させた」という見方をする人が多いかもしれません。実際、この目的論は進化論の最も一般的な誤解です。変異には方向性がないが、選択には方向性があることを知っておく必要があります。生物は方向を判断できません。ただ環境に適応できる東洋の魚が生き残っただけなのです。

古生物学の研究は一見私たちの現在の生活とは無関係に思えるかもしれませんが、興味深く、また有益でもあります。小さな魚の化石からこれほど多くのことを推測できるなんて、驚きではありませんか?

この記事は科学普及中国創造育成プログラムによって制作されました。転載の際は出典を明記してください