ナミビアで大型サンショウウオの化石が発見、四肢動物の進化の歴史は書き換えられるか？

制作：中国科学普及協会

著者: Destroyed Sunny (古生物学者)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：中国の先端技術プロジェクトは、認識の限界を広げるために、「未知の領域」と題する一連の記事を立ち上げ、深宇宙、深地球、深海などの分野で限界を突破した探査結果を概観しています。科学的発見の旅に出て、驚くべき世界を知りましょう。

クネネ州はナミビアの北西部、大西洋に面した地域にあります。それは山々、荒れ地、まばらな茂みに覆われた辺鄙な地域です。ここは乾燥していて暑く、年間降水量は 100 mm 未満になることが多いです。

この黄土色の砂漠に立つと、2億8000万年前のペルム紀初期、大西洋とアフリカがまだ形成されていなかった時代に、クネネが川や湖、沼地に満ちた世界であったことを想像するのは難しいことが多い。当時、ナミビアは地球上でさらに南にありました。超大陸の完全統一前夜には、南ゴンドワナ大陸の一角として、南緯55度程度の高緯度地域に広がっていた。

ここで、アルゼンチンのブエノスアイレス大学のクラウディア・マスカーノ氏、シカゴのフィールド自然史博物館のジェイソン・パルド氏、およびその同僚たちは、これまで報告されたことのない先史時代の巨大サンショウウオの一種を思いがけず発見し、それをガイアス・ジェニヤエ（仮訳、学名：ガイアシア・ジェニヤエ）と名付けました。ガイアスイモリは体長が約2〜4メートルで、当時の淡水系の頂点捕食者であったと推定されています。

ガイアサウルスのホロタイプ。完全な頭骨と椎骨の大部分を含む。

（画像出典：参考1）

属名のガイアシアは化石を産出した地層であるガイアス層に由来し、種小名は故有名な古生物学者ジェニー・クラックを偲んで付けられたものである。初期の四肢動物の進化研究の先駆者であり傑出した人物であるジェニー・クラークは、陸に上がった最初期の四肢動物がしばしば「複数の指」という特異な現象を持っていることに最初に気づいた人物です。石炭紀に生息していたイクチオステガは 7 本の指を持っていましたが、アカントステガは 8 本の指を持っていました。

多指症の現象が広く見られることから、現代​​の陸生脊椎動物の「5本指」の構造は、四肢動物の共通の祖先的特徴ではないことが示唆される。言い換えれば、イクチオステガとアカントステガは私たちの直接の祖先ではありません。人間や他の現代の陸生脊椎動物は、5本の指を持つ初期の四肢動物の一種から進化しました。

初期の四肢動物の進化

（画像出典：参考文献3より翻訳）

ガイアサウルスはイクチオステガほど古くはありませんが、その原始的な頭蓋骨構造と脊椎の特徴は、ガイアサウルスも長い歴史を持つグループに属していることを示しています。系統比較分析により、古生物学者はガイアサウルスがコロステダエの姉妹グループであると考えており、この2つは現代のクラウングループの四肢動物の外群を構成しています。

注目すべきは、キノドン科の種が主に石炭紀に生息していたことであり、ガイアス大王の時代から少なくとも 2,700 万年離れている。これまでの研究では、科学者たちは、カニクイザル科を含む初期の四肢動物は、石炭紀後期に出現した初期の有羊膜類と這う両生類に取って代わられたと信じていた。

ガイアサウルスの復元図。大きな四角い頭と小さな手足が特徴です。

（写真提供：ガブリエル・リオ）

しかし、ガイアサウルスの化石の発見により、このプロセスに関する私たちの理解は完全に変わりました。ゴンドワナ大陸の南部には、当時の生態系を支配していた巨大な原始的な四肢動物のグループも存在していたのです。

ガイアサウルスの系統学的位置

（画像出典：参考1）

ガイアサウルスは、現代の大型ワニに匹敵する長さ20インチにも達する巨大な頭蓋骨を持つ強力な捕食動物であったことを示す証拠が数多くあります。四角い鼻先は主に吸い込んで獲物を飲み込んでいたことを示していますが、上顎と下顎に分布する巨大な牙は大きな獲物を噛むこともできたことを示しています。

保存された頑丈な椎骨は、この恐竜がかなり頑丈な胴体を持っていたことを示している。その強靭な体格は、ガイアスイモリが当時の生態系の頂点にいたことを示している。彼らはワニのように干潟や沼地に住み、不注意な獲物を待ち伏せして襲うのかもしれません。

しかし、四肢骨格が欠如していることから、古生物学者は、近縁種のクラッシギリヌスやアイストーポダと同様に、四肢が退化しているか完全に失われているのではないかと疑っている。

石炭紀に生息し、ガイアスイモリよりも小型だったアカハライモリの復元図。

(画像出典: Wikipedia)

ガイアスサンショウウオがユニークなのは、古代の分類群との類似性だけでなく、科学者を魅了する生息地の位置です。この大型サンショウウオは高緯度に生息し、ほとんどの生物が適応できない厳しい寒冷気候に直面しています。

今日の気候区分によれば、南緯55度はすでに亜寒帯に属し、両生類の生存には適していません。両生類は冷血動物であるため、生理活動を維持するために十分な太陽光を吸収する必要があります。そのため、ガイアスイモリのような大型のサンショウウオは、このような寒い環境で生き残ることが困難です。

では、ガイアスは今よりも気候が温暖だった時代に生きていたのでしょうか?その答えは衝撃的です。地球は現在よりも暖かかっただけでなく、ペルム紀初期には寒かった可能性があるのです。 3億6000万年前の後期デボン紀から、地球は顕生代で最も厳しい氷河期に入りました。 1億年にわたって続き、ペルム紀後期に終わったこの長い氷河期は、後期古生代氷河期（LPIA）と呼ばれています。

ナミビア近郊の南アフリカのカルー盆地で、保存状態の良いモレーンや氷河痕跡が発見されており、この時期に激しい氷河活動によってゴンドワナ大陸南部に大規模な氷床が形成されたことが示唆されている。

このため、初期の四肢動物の化石記録は、現代のヨーロッパと北アメリカの比較的温暖な赤道地域に主に限られており、科学者たちは、ペルム紀後期に気候が徐々に温暖化するまで、四肢動物が世界の他の地域に広がる機会がなかったのではないかと考えている。

顕生代における全球平均気温の再構築された曲線。地球は約3億6000万年前から継続的な氷河期に入りました。

（画像出典：参考文献5）

しかし、ガイアッシマの発見後、この固有の認識にも疑問が投げかけられました。ガイアッシマの原始的な特徴から、ガイアッシマは赤道付近に生息していた初期の四肢動物に近いことが示され、ガイアッシマが地元起源であったり、ペルム紀に出現した他の四肢動物から進化した可能性は排除されました。

これは、ガイアス・セラプスが今日よりも弱くない高緯度の気候に直面しなければならなかったこと、あるいは数億年にわたる長い氷河期の間に断続的に短い温暖な時期が続き、ガイアス・セラプスとその祖先が生き延びることができたことを示唆している。

しかしいずれにせよ、この高緯度地域の化石遺跡は、初期の四肢動物の分布と拡散が私たちが考えていたよりもはるかに広範囲に及んでいたことを明確に示している。初期の化石の限界は、偏ったサンプル採取によって生じた錯覚なのかもしれない。結局のところ、ゴンドワナに相当するアフリカ、南米、南極には未調査の地層がまだたくさんあり、そこには私たちが聞いたこともないような宝物が埋まっているかもしれない。

後期古生代における四肢動物の分布と分散（赤い星はガイアサウルスが発見された場所を示しています）

（画像出典：参考文献1より改変）

ガイアストリスは比較的温暖な間氷期に生息していた可能性があるが、より寒い気温への適応も示している。 1847 年、ドイツの学者カール・C・ベルクマンは、極地の生物は赤道地域の生物よりも大きい傾向があることを発見しました。この現象は後にベルクマンの法則と呼ばれるようになりました。

この法則によれば、生物が大きいほど表面積と体積の比率が小さくなり、熱消費が減り、体温がよりよく維持されます。ガイアサウルスの巨大な体は低温気候への反応である可能性があり、これは初期の四肢動物の生理学的特徴を理解するための重要な参考資料となります。

ガイアサウルスはまだ多くの謎に包まれているが、その発見は明らかに古生物学者にまったく新しい視点を与えた。私たちの古代の祖先は、これまで考えられていたよりも回復力があり、環境に適応する能力は予想をはるかに上回っていた可能性があります。 3 億年前には、ガイアのような生物が未踏の地を歩き回っていた可能性が高くなります。ハイマツや葦の森の陰には、私たちが想像もしなかった数え切れないほどの秘密の世界が隠されています。彼らは今、岩の下で眠っていて、私たちが起こしてくれるのを待っています。

いずれにせよ、ガイアサウルスは南ゴンドワナ大陸を征服し、淡水生態系の頂点捕食者となった。

（画像出典：参考1）

参考文献:

1. Marsicano, CA 他巨大な幹四肢動物は、ゴンドワナ後期古生代氷河期の頂点捕食者であった。自然（2024年）。

2. Coates, MI & Clack, JA 最古の四肢動物の四肢における多指症。ネイチャー347、66-69（1990）。

3. アールバーグ、PE 足跡をたどり、隙間に注意する: 四肢動物の起源に関する新たな考察。エディンバラ王立協会地球環境科学論文集109、115-137（2018）。

4. SL オルロイドおよびカリフォルニア州シドール グアダルーピアン (ペルム紀中期) の世界的な四足動物の化石記録のレビュー。地球科学Rev.171、583-597（2017）。

5. Scotese, CR, Song, H., Mills, BJW & van der Meer, DG 顕生代古気温: 過去 5 億 4000 万年間の地球の気候変化。地球科学改訂215（2021）。

（注：本文中のラテン語部分は斜体で表記してください）