新しい発見！塩寮生物群の新たなタイムリミット：数千万年にわたる生命の伝説

制作：中国科学普及協会

著者: ゾウ・ズーヤン (中国科学院広州地球化学研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：科学技術の仕事の謎を解明するために、中国の最先端技術プロジェクトは「私と私の研究」と題する一連の記事を立ち上げ、科学者に独自の記事を書いて科学研究の経験を共有し、科学の世界を創造するよう呼びかけました。科学技術の最前線に立つ探検家たちと一緒に、情熱、挑戦、驚きに満ちた旅に出ましょう。

人新世は、地球上の生命の長い流れの中でほんの一瞬に過ぎません。人類が出現するはるか昔、輝かしくも徐々に衰退していった生命の叙事詩が数多く存在しましたが、その中で最もよく知られているのが恐竜です。保存状態の良い化石のおかげで、科学者は歴史の一部を再現することができます。

1990年代以降、「ジュラシック・パーク」や「ジュラシック・ワールド」などの一連の映画が公開され、ジュラ紀と恐竜はしっかりと結び付けられるようになりました。

（写真提供：veerフォトギャラリー）

私の国は恐竜の国です。内モンゴル自治区南東部、河北省北部、遼寧省西部を主な分布域とする「塩寮生物群」は、ジュラ紀の地層で発見されました。さまざまなカテゴリーの美しく保存された化石が多数発見されており、これは中生代の陸上生態系を理解するための重要な窓口となっています。これは、哺乳類の初期の進化、最古の羽毛恐竜、初期の昆虫や被子植物の起源などの科学的問題を理解する上で非常に重要です。

塩寮生物群は、複数の火山性堆積盆地の湖沼層に分布しています。湖沼の地層は主に砂岩と頁岩で構成されており、その間に複数の火山灰（凝灰岩）の層が点在しています。火山灰は地質学の歴史を年代測定するのに理想的な物体です。それは火山の爆発的な噴火によって形成された残骸です。火口から大気中に噴出し、大気によって運ばれ、さまざまな環境に定着して保存され、岩石として固められます。このプロセス全体は非常に短く、地球の歴史における一瞬として捉えることができ、その年齢は地質学的事象を制限する絶対時間として使用することができます。

塩寮生物相の代表的な流域

私は中国科学院広州地球化学研究所の徐一剛院士チームの博士課程の学生です。私の主な研究対象は、北中国クラトンの北縁におけるジュラ紀の火山活動です。この地域のジュラ紀の火山活動と生物相の進化の間には時間的、空間的に密接な関係があることを考慮し、地域間で比較できる正確な年代尺度を確立することを期待して、私たちは塩寮生物相に関連する火山岩サンプルに注目しました。著者は、塩寮生物群に関するこれまでの研究を調査した結果、その時代に関する議論は、内モンゴルの寧城盆地と遼寧省の建昌盆地という2つの最も代表的な盆地に集中していることを発見した。

地層学的および年代学的に明確な理解がある建長盆地とは異なり、寧城盆地の生物相を宿す火山堆積層の年代と地層学的所属は未解決のままである。中期ジュラ紀の九龍山層や海坊溝層、中期・上部ジュラ紀の托鶏山層、下部白亜紀の宜県層に分類するなど、諸説ある。

上記の意見の相違の主な理由は、寧城盆地の化石層とその上にある火山溶岩との関係が不明瞭であること、および化石層の直接的な年代データの制約が欠如していることであると考えられます。

近年、寧城市は数多くのベントナイト鉱山を開発し、中国最大のベントナイト猫砂生産基地を築き上げ、多くの新鮮な地質断面を露出させ、地層の接触関係を正しく理解するための良い参考資料を提供しています。

寧城盆地西側の三省境界標の一部

画像提供: 馬強

塩寮生物群の地層順序の再構築

この科学的課題に対応するため、私たちは中国科学院地質地球物理学研究所、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の専門家とともに、内モンゴル寧城盆地で詳細な現地調査を実施し、接触関係が明らかな多くのセクションを調査しました。武漢地質大学の徐一剛研究員と馬強教授の指導の下、私たちはその地域を再地図化し、寧城盆地のジュラ紀の地層は下から上にかけて4つの岩石ユニットに分けられることを発見した。私たちは、前期化石層と後期化石層を含む堆積層を特定しました。つまり、前期化石層は火山岩の下の湖沼相凝灰質堆積層であり、後期化石層は火山岩の堆積層間層です。

寧城盆地東側の関仔山の一部

画像提供: 馬強

さらに、盆地内のジュラ紀の地層は、全体として先カンブリア時代の古代基盤の上に不整合に位置しており、地層が空間的に不均一に分布していることも分かりました。東側の地層は比較的無傷ですが、西側では初期の化石層のみが保存されています。これは、歴史の中で堆積の中心が徐々に北東に移動したことを意味するのかもしれません。こうした地質学的変化が、今日では地層の比較が困難になっている主な理由です。

孟青仁教授が現地で描いた不整合接触の手描き図

出典：著者撮影

塩寮生物群の地質年代の決定

これを基に、私たちはさらに寧城盆地の化石層と隣接する火山溶岩内の凝灰岩のサンプルを入手しました。凝灰岩や火山溶岩に含まれる副鉱物であるジルコンは、安定した物理的・化学的特性と高い閉鎖温度により閉じた U-Pb 崩壊系をうまく保存できるため、同位体地質年代学で最も重要かつ広く使用されている鉱物の 1 つです。

年代測定サンプルのジルコン画像（楕円はイオンプローブポイントを表す）

出典：著者撮影

U-Pb 崩壊システムとは、ウランの放射性同位体が不安定であり、一連の崩壊を経て最終的に安定した鉛元素に変わるという事実を指します。崩壊の発生はミクロレベルではランダムですが、マクロレベルでは放射性親元素が元の量の半分に崩壊するのに必要な時間（半減期）は固定されており、環境条件の影響を受けず、元素自体によってのみ決まります。放射性同位体のこの挙動を理解することで、鉱物の現在の同位体比を使用して、鉱物が現在までに崩壊するのにかかった時間を逆算することができます（閉鎖系である必要があります）。ウランの半減期は非常に長いため、古代のサンプルの年代測定に適しています。高精度二次イオン質量分析法（SIMS）の助けを借りて、私たちはついに地質学的サンプルの年代を知りました。結果は、寧城盆地の4つの岩石単位が下から上に向かって徐々に若くなっていることを示しています。これは地層の観察と一致しています。

近隣の建昌盆地や洛平盆地、北標盆地と比較すると、中国北部の塩寮生物相は1100万年以上にわたり、その発展段階は2つの期間に分けられ、第1期は1億6700万年から1億6300万年前（16100万年前）以前、第2期は1億6100万年から1億5600万年前であることがわかった。前者は寧城盆地の初期化石層に代表され、後者は寧城盆地の後期化石層と建昌盆地の化石層に代表される。

塩寮生物群に関する研究は、明確な地層の順序を再確立しただけでなく、この古生物学コミュニティの時間範囲を再定義し、ジュラ紀の生物の進化をより深く理解するための強固な基盤を築きました。

おそらく近い将来、古生物学、古環境、地球化学の学際的な研究分野において、塩寮生物群が科学者による地球上の生命の進化過程と発展法則の解明、そして深部地質プロセスが浅部生態環境の反応にどのように影響するかの解明にさらに貢献し、現在の環境保護と生態保護にインスピレーションを与えることになるだろう。