新しい発見！ 「石」に隠された被子植物の起源の物語

制作：中国科学普及協会

著者: 王欣 (中国科学院南京地質古生物学研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

朝食は何を食べましたか？パン、揚げパン、お粥、豆乳、それともワンタン、パン、卵、牛乳？

これらが何でできているか見てみましょう。小麦、米、豆、各種野菜などの植物や、鶏、豚、牛などの動物の肉、卵、牛乳などがあります。

これらの植物はすべて被子植物です。これらの動物が肉、卵、牛乳を生産できるのは、毎日さまざまな飼料を食べているからです。そして、その飼料のほとんども被子植物に属しています。

被子植物の多様性

被子植物は、顕花植物や花卉植物とも呼ばれます。あなたが贈ったり受け取ったりする花は被子植物から来ますが、被子植物には他にも多くの用途があります。

被子植物は現代の陸上生態系の主要な基礎であり、その光合成産物は地球の生物圏の主なエネルギー源です。他の植物と区別する重要な特徴は、果実の中に花と種子が含まれていることです。

もし被子植物がなかったら、世界はたくさんのおいしい食べ物や美しい景色を失い、おそらく人類さえも地球上に現れなかったでしょう。したがって、私たち人間にとって被子植物がいかに重要であるかは明らかです。

ツバキ：被子植物の一種

（写真提供：veerフォトギャラリー）

世界には何種類の花があるのでしょうか？これらの花はどこから来たのでしょうか？実際、植物学者も私たちと同じようにこれらの疑問に困惑しています。

現在、人類が知る被子植物の種は30万から40万種あり、これらの植物を互いに区別する重要な特徴は花です。 2番目の質問の答えについては、長い話になります。

被子植物の起源の謎

2 番目の質問に答えるには、まず古植物学を理解する必要があります。この科学は、植物によって形成された化石に基づいて地質学の歴史における植物を研究します。

今日の生態系における主要な植物群として、被子植物は必然的に古植物学の研究対象の一つとなり、その起源の問題も植物学の注目の的となっています。

被子植物の起源の問題は、進化論の創始者であるダーウィンと密接に関係しています。ダーウィンは漸進的進化論の提唱者であり、すべての生物の起源と発生はゆっくりとしたプロセスであると信じていました。

しかし、これは当時の人々が知っていた化石記録とは大きく異なっていました。説明が難しい現象の一つは、「白亜紀中期の地層に突然、被子植物が大量に出現した」というものだ。

この現象はダーウィンの漸進主義の理論を支持できないものにし、彼を大いに悩ませたので、彼はそれを「厄介な謎」と呼んだ。

チャールズ・ダーウィン

（写真提供：veerフォトギャラリー）

現代の古植物学研究では、被子植物の起源については 2 つの考え方があります。ある学派は、被子植物は約1億3000万年前の白亜紀初期に起源を持つと信じており、この議論は学界で優勢になっています。別の学派では、被子植物の起源は白亜紀よりも古いと考えられています。なぜなら、「現在確認されている化石記録は、特定のグループの完全かつ最古の記録であることは絶対になく、遅かれ早かれ破られるだろう」からです。

研究によれば、白亜紀初期の宜県層でもすでに被子植物の多様性が非常に高かったことがわかっています。

したがって、私の考えでは、白亜紀以前にはまだ認識されていなかった被子植物が存在していたに違いありません。この見解を抱くのは簡単ですが、それを証明するのは簡単ではありません。

「最初の花」である古代の果物は、出版当時はジュラ紀（白亜紀以前）のものだと言われていました。しかし今日、学界のほとんどの人々は、古代の果物の年代は白亜紀であると信じています。古代の果物の年代に関するこの誤解は、白亜紀以前には被子植物は実際には存在しなかったという印象を裏付けているようです。現在の知識の状態をダーウィンの時代の知識と比較すると、ダーウィンのいわゆる「厄介な謎」はまったく解明されていないことがわかるでしょう。ただ、時間が1億年前の中期白亜紀から1億3千万年前の前期白亜紀に移っただけなのです！

被子植物の起源時期については、世界的には約1億3000万年前の白亜紀前期かそれより少し前というのが主流の見解であり、ジュラ紀ではないというのが定説です。

被子植物の判定基準

被子植物を識別する基準については、常に論争が続いてきました。

「被子植物」という用語は、種子が封入された植物を指すために、1852 年にドイツの植物学者パウル・ヘルマン (1646-1695) によって造られました。これは、多くの古植物学者（『Paleofruit』の著者を含む）が採用している定義でもあります。

その後の研究では、裸子植物の中には実際に受粉後に種子を包むものもあることがわかったため、当初の定義が必ずしも適切ではなかったことは明らかです。

トムリンソンとタカソは2002年に論文を発表し、被子植物と裸子植物を区別する重要な特徴は、受粉中に胚珠（種子の前身）が閉じ込められることであると主張した。現代の被子植物を研究する植物学者は、被子植物の種類によって胚珠を包む程度が異なることを発見しました。より進化したグループでは、胚珠の包み方がより良く（植物組織によって行われます）一方、より原始的な被子植物では、胚珠の包み方は植物組織と粘液の両方によって行われます。この特徴は、植物の被子植物としての性質をよく確認することができます。

この新たな発見は、受粉中に胚珠が包まれるという基準を採用した。

太原遂：被子植物の起源をたどる

今日の主役は、山西省太原市で発見されたペルム紀前期（2億7千万年前）の植物化石、 Taiyuananostachya ovuiliferaです。

同じ標本に太原の穂が2つある

（画像出典：著者）

一見すると、この化石植物は古生代によく見られる葦の穂や裸子植物の球果のように見えるため、初期の古植物学者は具体的な分類について曖昧でした。

著者は注意深く観察した結果、化石植物の「球果」の中心軸がほぼ球形の胚珠または種子で覆われており、これらの種子または胚珠は側方ユニット（＝果実）に包まれ、粘液で満たされた管によってのみ外界とつながっていることを発見しました。

この観察により、化石には胚珠と種子の両方が含まれていたことが確認され、これにより、オフィオポゴンや裸子植物の可能性は排除され、被子植物の特性が確認されました。

この一見単純な判断が重要な役割を果たします。

A: 中に種子が入った複数の連結した果実。 B: 破断した側果（果実）の基部に露出した種子。 C: 完全な側方ユニット（= 果実）の膨らんだ基部から、内部の種子が見えます。

（写真提供：王欣と傅強、2023年）

側器官（果実）内の光沢のある種子

（写真提供：王欣と傅強、2023年）

緻密なメソペクテンテクスチャ

（写真提供：王欣と傅強、2023年）

上の 2 つの写真は、珠門が上を向き、側部ユニット (= 果実) に囲まれた胚珠を示しています。左下の写真は、側方ユニット（＝果実）に囲まれた種子を示しています。右下の写真は、種子の表面にある種皮の 2 つの層、すなわち外殻層 (右側) と中殻層 (左側) を示​​しています。

（写真提供：王欣と傅強、2023年）

前述のように、被子植物に関する国際的に認められた記録は、1億3000万年前の白亜紀初期にまで遡ります。今回発見された2億7000万年前の太原の穂は、被子植物の歴史を2倍以上に延ばし、古生代まで遡ることになる。

太原の穂全体、側果（果実）と内部の胚珠の復元

（写真提供：王欣と傅強、2023年）

この結論は初期の分子系統学的推測に近いものであり、これまで報告された多くのジュラ紀被子植物と一致していますが、まだいくつかの論争が残っています。では、この結論の信憑性をどのように検証できるでしょうか?

植物学の変化に答えを見つける

結論は確定したものではありません。

植物学の授業では、教師は特定の生物グループが被子植物の中で最も原始的であると述べることがあります。今日の大学の授業であれば、その答えは、クスノキが現代の被子植物の中で最も原始的である、というものかもしれません。 20 年前か 30 年前であれば、答えは古代の草本植物だったかもしれません。少し前であれば、答えはモクレン科の植物、または毛深い植物です。さらに遡ると、この質問の答えは尾状花序植物になります…

メキシコのジュラ紀の被子植物果実化石の形態と詳細

（画像提供：中国科学院）

混乱するかもしれません。どちらの答えが正しいでしょうか？

答えがたくさんある理由は 2 つあります。 1つは、現代の被子植物の多様性が非常に高く、これらの植物はすべて同じ時間平面に属しているということです。それらの間の進化的関係は基本的に植物学者の「想像力」に依存しており、どの理論もそれ自身を裏付ける十分な証拠を見つけることができます。

2 つ目は、すべての理論に実際の化石証拠が存在せず、化石植物にのみ存在する時間次元が欠如しているため、植物学者が植物の進化のプロセスを真に把握することが不可能であるということです。

ユリノキ：被子植物の一種

（写真提供：veerフォトギャラリー）

植物学界の混乱とトラブルをどう打破するか？

化石が唯一の鍵です。

現在では、被子植物は単系統（共通の祖先から派生したという意味）であると考えられています。したがって、最も古い被子植物を発見することは、被子植物の安定した系統学にとって間違いなく大きな意義を持ち、被子植物の特徴の進化の極性を決定するのに役立ちます。これが、古植物学者たちが最古の被子植物の発見に躍起になっている理由です。

「被子植物が単系統でない場合はどうなるのか？」と疑問に思う人もいるかもしれません。そうでない場合、どのようなグループの被子植物が存在していたのでしょうか、また現在も存在しているのでしょうか?彼らはどのような進化の過程を経てきたのでしょうか?これらの質問に答えるには、まだ化石証拠が必要です。

したがって、太原のスパイクの発見から得られた結論は、将来、より多くの化石証拠によって裏付けられる必要があります。おそらくいつの日か、さらに古い化石証拠が発見されるようになるでしょう。そして、絶えず覆され再構築されるこれらの結論は、科学研究の避けられない道なのです。

結論

被子植物の起源から、生物が複雑で独立した存在であることを知ることは難しくありません。特定の種を理解したい場合、長期にわたる研究を行わなければなりませんが、研究結果は常に覆される可能性があります。

科学は、「証明-反証-反証」のサイクルを通じて人々が世界の謎を理解することを可能にします。このプロセスを通じて、私たちは真実に向かって進み続けます。

注: この記事の関連する結果は、「Taiyuanostachya: 中国初期ペルム紀の忌まわしい被子植物」というタイトルで、Journal of Biotechnology and Biomedicine に掲載されました。