「失われた世界」への扉を開くための「鍵」は、実はうんちの中にある？

2億5200万年前に起きたペルム紀末の大量絶滅は、海洋生態系全体に前例のない被害をもたらし、海洋の種の80％が地球上から姿を消しました。では、ほぼ崩壊した生態系はどのようにして大恐慌から徐々に回復したのでしょうか?この科学的な謎は古生物学者や古生態学者の注目を集めています。

最近、中国科学院南京地質古生物学研究所が率いる中外研究チームが、三畳紀初期の生物復興と大放射の真相を明らかにした。この真実は、実は一般にはあまり知られていない糞石から発見されたものです。関連する研究成果は、国際地球科学ジャーナル「Paleogeography, Paleoclimate, Paleoecology」の最新号に掲載されました。

糞の化石は骨の化石研究の有用な補足資料である

糞石は糞化石とも呼ばれ、化石の一種であり、生痕化石に分類されます。柔らかいうんちは保存が難しく、化石になる可能性が極めて低いため、うんちの化石は非常に珍しいものです。しかし、糞の化石には動物や植物の残骸が含まれていることが多く、動物の食事、食欲の大きさ、生息地などの情報を提供できるだけでなく、古生態学や古生物学の研究においても特別な重要性を持っています。これは骨の化石の研究を補助する優れた資料であるだけでなく、古生物学の世界の謎を解き明かす魔法の物体としても考えられています。

保存された糞の化石は非常に特徴的で、一般的に隆起した形をしています。脊椎動物はそれぞれ食物や消化管の特性が異なるため、排泄物の形状や特性も異なることがよくあります。一部の魚類の糞便化石は螺旋形をしていますが、哺乳類の糞便化石は一般的に楕円形から細長い帯状をしています。肉食性のものは骨片を含むことが多いのに対し、草食性のものは繊維状の植物構造物質のみで構成されています。

糞の化石は主にリン酸カルシウムで構成されており、さまざまな大きさがあります。大きなものは直径が2〜5センチメートル、長さが1メートルになるものもあります。小さいものは糞粒とも呼ばれ、ほとんどが直径5ミリメートル未満です。

植物プランクトンと動物プランクトンの変化は中生代の海洋生態系に影響を与えた

三畳紀の羅平生物群は、ペルム紀末期の大量絶滅を経験した後、生物界が栄光を取り戻した縮図です。しかし、科学界は、生物が大量絶滅から回復し、進化の素晴らしさを取り戻した深い理由についてはあまり明確に理解していません。

生態系の回復に関する研究は、一般的には個々の種の多様性の変化から始まり、その後、生態系構造全体の修復へと進み、その完全性が回復の特徴となります。しかし、エコシステムを構築する過程では、本来の生産者と一次消費者の変容など、エコシステムの底辺での変化が、エコシステム全体のボトムアップの相関関係の変化を生み出し、エコシステムの根本的な変化を引き起こすことがよくあります。中生代には、渦鞭毛藻類、珪藻類、円石藻などの海洋植物プランクトンの変化が海洋生態系に根本的な影響を及ぼしました。

研究チームは、雲南省中期三畳紀の関嶺層の羅平生物群の下の薄い化石層で新しいタイプの糞便化石を発見し、この時期の生物回復に関する科学的問題を解明する重要な手がかりを提供した。

シアノバクテリアとアミは生物学的回復の基盤である

新しい糞便化石は楕円形から短い円柱形まで形状が異なり、微結晶炭酸カルシウムと少量の残留有機物で構成されており、イボアミの化石と関連している。 CTスキャン顕微鏡で見ると、糞の化石の内部には三日月形の空洞構造が複数対存在し、それに伴い自ら形作った黄鉄鉱の結晶も確認された。

三日月形の空洞構造は、甲殻類が作り出した糞便化石の重要な識別マークです。研究者たちは、連続イオンビーム切断画像化により、糞の化石内部に形態的に安定した管状の空洞構造を発見した。 3次元修復後、管状構造は形態が安定しており、直径が均一で、サイズは3～4ミクロン、長さは60ミクロンであることが確認されました。この形態学的特徴は、鉱化したシアノバクテリアのものと非常によく似ています。

また、特徴的にも、新たな糞便化石と、付随するイボエビの鉱化した腸の形態や組成は、非常に類似しています。

研究により、新たな糞の化石は大量のイボイノシシエビの動物プランクトンによって生成されたことが判明した。さらに重要なのは、糞便化石の中に保存された管状のシアノバクテリアは、当時の海洋生態系の元々の生産者がまだシアノバクテリアのような原始的なグループであったことを示している可能性があるということです。

したがって、生物学的回復を促進するための基本は、最下層の原始的生産者であるシアノバクテリアから、アミなどの一次消費者、さらには高次の消費者に至るまでの生態学的連鎖を構築することです。回復初期の貴陽生物相と比較すると、中生代海洋生態系の革命的な変化の引き金は、中生代アニシアン期以降のいつかの時期に始まり、徐々に優勢になった可能性があることがさらに示されています。

（著者は中国科学院南京地質古生物学研究所の研究員であり、南京古生物学博物館の名誉学芸員である）