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生命の進化の長い歴史の中で、海綿動物の進化は常に興味深いものですが、解決するのが難しい謎です。海綿動物は地球上で最も初期の多細胞動物の 1 つであると考えられており、単細胞生物と複雑な動物の間の重要な架け橋となっています。しかし、海綿の起源と初期の進化に関して、科学界には大きな認識のギャップがありました。

最近まで、中国の科学者はこの謎を解く重要な手がかりとなる大きな進歩を遂げていました。中国科学院南京地質古生物学研究所の研究者袁玄来氏率いる国際共同チームが、湖北省宜昌市で約5億5000万年前の海綿の化石を発見し、「螺旋格子海綿」と名付けられた。

この発見は、海綿動物の初期進化における重要なギャップを埋めるだけでなく、生命の進化全体を再検討するための新しい視点を私たちに提供します。

スパイラルグリッドスポンジ修復写真（画像出典：参考2）

スポンジ：進化した生命の樹に登場する生きた化石

海綿動物は、一見単純だが神秘的な生物群であり、動物界で独特の位置を占めています。

海綿体の構造は単純で、明らかな器官系はありませんが、驚くべき生存能力を持っています。彼らの体は巨大なフィルターのように機能し、水を吸収して排出して栄養素と酸素を取得します。このシンプルで効率的な生存方法により、海綿動物は何億年もの間地球上で繁栄することができました。

現代の海には、さまざまな形をしたさまざまな種類の海綿が存在します。繊細な花瓶に似たスポンジもあれば、巨大なバケツや扇風機に似たスポンジもあります。カラーバリエーションも豊富で、必要なものがすべて揃っています。これらのカラフルなスポンジは、水中世界に鮮やかな色を加えるだけでなく、海洋生態系のバランスにも重要な貢献をしています。

海綿動物いろいろ（画像出典：Wikipedia）

難解な謎: スポンジの「失われた数年」

現代の海綿体は非常に一般的ですが、地質学的歴史の中では長い間「行方不明」になっていました。この現象は科学者たちを、まるで解けないパズルのように困惑させてきました。

あなたが海綿動物の祖先を探している古生物学者だったらと想像してみてください。あなたは、さまざまな地質時代の岩石層を興奮しながら掘り下げましたが、約 5 億 3,900 万年前のカンブリア紀以前には海綿動物の化石記録がほとんど空白であることがわかりました。最初の数章のページがすべて欠けている分厚い家族史のようなものです。

科学者たちは、分子生物学の研究と分子時計を通じて、海綿動物は約7億年前に誕生したはずだと推測しています。しかし、実際の化石記録では、確認された海綿体の化石はカンブリア紀まで大量に出現しなかった。これは、海綿動物の化石記録には 1 億 6,000 万年という大きな隔たりがあることを意味しており、この期間は科学者によって海綿動物の初期進化における「失われた年」とはっきりと呼ばれています。

なぜそのような状況が起こるのでしょうか？科学者は 2 つの主要な仮説を提案しています。

最初の仮説は、海綿動物の共通の祖先は石化した針状体 (海綿動物の支持構造) を持っていたのではないかというものです。しかし、先カンブリア紀の環境はこれらの骨棘の保存に適していない可能性があり、そのため化石を見つけることが困難になっています。

2 番目の仮説は、初期の海綿体には石灰化した針状突起がまったくなく、代わりに軟体の組織で構成されていた可能性があることを示唆しています。そのため、化石化の過程で破壊されやすくなり、私たちが識別するのが難しくなります。石の上に水で絵を描くようなもので、すぐに蒸発して跡が残りません。

この謎は、この謎を解くための重要な手がかりを提供する最近の研究まで、科学者を困惑させてきました。

現代の石灰海綿骨のさまざまな種類の骨片（画像出典：Wikipedia）

スパイラルグリッドスポンジ スポンジ進化の謎を解く「ロゼッタストーン」

湖北省宜昌市で、科学者たちはシバンタン生物相で約5億5000万年前に遡る興味深い新しい化石を発見した。この化石は「スパイラルグリッドスポンジ」と名付けられ、その発見はスポンジ動物の初期の進化の隙間を埋める、広大な歴史の接続点を見つけるようなものです。

らせん状の格子状の海綿は、驚くべき形態的特徴を持ち、その体はエレガントな円錐形をしており、底部には海底に固定するために使用されていると考えられる円盤状の構造があります。最も印象的なのは、その表面構造が規則的な正方形で構成されており、これをさらに小さな正方形に分割して、複雑で整然としたネットワーク構造を形成していることです。

螺旋格子海綿化石の写真（a）とレーザースキャン標高図（b）（画像出典：重慶）

この構造は現代の六角形のスポンジを彷彿とさせますが、重要な違いが 1 つあります。スパイラル メッシュ スポンジのメッシュは、石灰化した針状結晶ではなく有機物でできているということです。

この発見は、海綿動物の初期進化に関する新たな視点を提供します。それは、遠いエディアカラ紀後期には、石化した針状体を持たない海綿動物がすでに存在していたことを示しています。それは、まだ硬い棘が発達していないものの、すでにスポンジの基本的な特性を備えているスポンジの「原始バージョン」を発見したようなものです。

科学者たちはスパイラルメッシュスポンジについて詳細な研究と分析を実施しました。彼らはその化石をさまざまな生きた動物や他の化石と比較し、複雑なデータマトリックスを構築し、厳密な系統解析を実施しました。結果は,スパイラルグリッド海綿体がクラウングループ海綿体に属し,6フィート海綿体と密接に関連していることを示した。この発見は、海綿動物の進化における螺旋格子海綿の重要な位置をさらに裏付けるものである。

ある種の6スポンジ動物は、骨に海綿状の物質が存在しない。したがって、このクラスはガラススポンジとも呼ばれます。 （画像出典：ウィキペディア）

螺旋格子スポンジの発見は、動物の初期進化を理解するための重要な情報を提供します。これは、先カンブリア時代の海綿動物の化石を探す場合、現代の海綿動物を標準としてそのまま使用することはできないことを示しています。初期の海綿体には石灰化した棘が存在しない可能性があり、私たちがよく知っている特徴の一部が欠けている可能性があります。この発見は私たちの視野を広げ、将来の研究の新たな方向性を示します。

海綿と生命の爆発:生命の進化の過程を再検討する

螺旋格子スポンジの発見は、生命の進化全体に対する新たな視点も与えてくれます。科学者たちは長い間、先カンブリア紀とカンブリア紀の生物群系は大きく異なっていると信じてきました。

エディアカラ紀は、奇妙な形と未知の親和性を持つ生き物が支配した時代であると考えられています。カンブリア紀には、現生動物のさまざまなカテゴリーが突然大量に出現しました。これが有名な「カンブリア爆発」です。この視点は、まったく異なる 2 つの世界を描写しているかのようです。1 つは神秘的な生き物で満ちた古代の世界、もう 1 つは私たちがよく知っている現代の海洋生態系の原型です。

しかし、スパイラルグリッドスポンジの発見により、一見別々に見えるこれら 2 つの世界の間に橋が架けられました。それは、エディアカラ紀後期には、現生動物と進化的に直接関係する生物がすでに存在していたことを示しています。言い換えれば、古代の家族史において、古代の祖先と現代の子孫を結び付ける重要な写真が発見されたということです。

この発見は、私たちに「カンブリア爆発」の性質を再考させるものでもあります。おそらく、生命の進化は突然の「爆発」ではなく、段階的なプロセスなのかもしれません。さまざまな動物門はカンブリア紀以前に多様化し始めた可能性がありますが、硬い殻や骨が発達していなかったため、化石記録に保存するのは困難でした。

この新しい発見はまた、私たちにさらなる疑問をもたらします。スパイラルグリッドスポンジが登場する以前、初期のスポンジ動物は存在したのでしょうか?海綿動物の祖先はどのようにして骨棘を石化する能力を獲得したのでしょうか?これらの質問に対する答えは、古代の岩石層の中に隠されており、将来の科学者による発見を待っている可能性があります。

螺旋格子海綿動物と他の動物との進化的関係（画像出典：参考文献2）

結論

海綿動物の進化は、数億年にわたる叙事詩のようなものです。初期の軟体の構造から、その後の複雑な石灰化した骨棘の発達に至るまで、あらゆる段階が生命の進化の謎を記録しています。螺旋格子海綿の発見はこの叙事詩に豊かなタッチを加え、古代の海の神秘的な顔を垣間見ることができます。

将来的には、技術の進歩と新しい方法の適用により、より多くの初期の動物の化石が発見され、生命の進化の全体像がさらに改善される可能性があります。海綿動物の物語は今後も私たちに生命の本質について考えるきっかけを与え、未知の領域を探索し、生命進化の謎を追求するよう促してくれることでしょう。

参考文献:

1. Xiaopeng Wang、Alexander G. Liu、Zhe Chen、Chengxi Wu、Yarong Liu、Bin Wan、Ke Pang、Chuanming Zhou、Xunlai Yuan、Shuhai Xiao、エディアカラ紀後期の王冠群の海綿動物

制作：ポピュラー・サイエンス・チャイナ

著者：李 晋娟（早稲田大学）

プロデューサー: 中国大衆科学博覧会