1,600万年前のドミニカ共和国の琥珀から見つかった新しいクマムシの化石を発表

1,600万年前のドミニカ共和国の琥珀から見つかった新しいクマムシの化石を発表生物学

クマムシは、極端な環境下でも生き延びることができることで知られており、微小な無脊椎動物です。

例えば、2007年の宇宙旅行では、クマムシが宇宙の真空と有害なイオン化太陽放射線にさらされながらも、地球に戻ってからも生き延びて繁殖したことが有名です。

クマムシは、世界のすべての大陸、海洋、淡水、陸地などさまざまな環境に生息しています。

クマムシは、5回の古生代大量絶滅をすべて乗り越えてきましたが、現生のクマムシは、約8,000万年前の白亜紀のものしか知られていません。

長い進化の歴史と世界的な分布にもかかわらず、クマムシの化石の記録は非常に少ないのです。

クマムシは非常に小さく、また生物的にも優れていないため、化石化する可能性は低いと考えられています。

2021年10月6日に英国王立協会紀要(Proceedings of the Royal Society B)に掲載された論文では、新属・新種に相当するクマムシの化石が紹介されています。

この研究では、共焦点レーザー顕微鏡を用いて、重要な解剖学的特徴の高解像度画像を取得し、この化石の分類学上の位置づけを確立するための系統分析に役立てています。

新しい化石『Paradoryphoribius chronocaribbeus』は、これまでに完全に記述され、正式に命名された3番目のクマムシの琥珀化石です。

他の2つの現代的なクマムシの化石は、『Milnesium swolenskyi』と『Beorn leggi』で、いずれも北米の白亜紀の琥珀から知られています。

『Paradoryphoribius』は、中新世(約1600万年前)のドミニカ共和国の琥珀に埋め込まれて発見された初めての化石であり、クマムシ上科Isohypsibioideaを代表する初めての化石である。

共著者であるニュージャージー工科大学のPhillip Barden氏は、主著者であるハーバード大学生物進化学科のMarc A. Mapalo博士候補と上級著者のJavier Ortega-Hernández教授にこの化石を紹介しました。

Barden教授の研究室では、この化石を発見し、Ortega-Hernández教授およびMapalo教授と共同で、この化石を詳細に分析しました。

クマムシを専門とするMapalo氏は、Harvard Center for Biological Imagingに設置されている共焦点顕微鏡を使って、化石の分析を率先して行いました。

「この琥珀の標本は、解剖用顕微鏡では小さすぎるため、化石を完全に見るためには特別な顕微鏡が必要でした。一般に、解剖顕微鏡の光は、琥珀の中の昆虫やクモなどの大きな内包物の形態を明らかにするのに適しています。しかし、『Paradoryphoribius』の体長はわずか559マイクロメートル、つまり0.5ミリ強である。このような小さなスケールでは、解剖顕微鏡を使っても、化石の外見的な形態しかわかりません。」

Paradoryphoribius chronocaribbeus

左)Paradoryphoribius chronocaribbeusの側面図(上)と共焦点レーザー顕微鏡下での自家蛍光(下)。右)Paradoryphoribius chronocaribbeus genの腹側。透過光を用いた実体顕微鏡での観察(上)と共焦点レーザー顕微鏡での自家蛍光(下)。©Marc A. Mapalo

幸いなことに、クマムシのクチクラ1表皮を構成する細胞がその外側に分泌することで生じる、丈夫な膜。は、真菌類の細胞壁や節足動物の外骨格の主成分である繊維状のブドウ糖物質であるキチンでできています。

キチンは蛍光性があり、レーザーで容易に励起されるため、共焦点レーザー顕微鏡を使ってクマムシの化石を完全に可視化することができます。

透過光ではなく、共焦点レーザー顕微鏡を使って化石を観察することで、蛍光の度合いが変化し、内部の形態がより鮮明に見えるようになりました。

この方法により、Mapalo氏はこの化石の非常に重要な2つの特徴、すなわち、爪と口腔内装置(同じくクチクラでできている動物の前腸)を完全に可視化することができました。

「外見は現代のクマムシに似ていますが、共焦点レーザー顕微鏡で見ると、前腸の組織が独特で、現存するクマムシ上科のグループの中で新しい属を設立することができました。Paradoryphoribiusは、クマムシ上科Isohypsibioideaの中で、このような独特の特徴的な配置を持つ唯一の属です。」とMapalo氏は語っています。

「クマムシの化石は希少です。今回の新しい研究では、完全な集計では4つの標本しかなく、その中からParadoryphoribiusを含む3つの標本だけが正式に記述され、命名されています。この論文は、これまでに知られているクマムシの化石記録の3分の1を網羅しています。さらに、Paradoryphoribiusは、クマムシの化石記録全体の中で、唯一のクマムシの口腔内装置のデータを提供しています。」とOrtega-Hernández氏は言います。

琥珀の中には、3匹のアリ、1匹の甲虫、1本の花も入っている。
共焦点レーザー顕微鏡で撮影したParadoryphoribius chronocaribbeusの横方向の画像。
共焦点レーザー顕微鏡で自家蛍光を観察したParadoryphoribius chronocaribbeus
共焦点レーザー顕微鏡で自家蛍光を観察したParadoryphoribius chronocaribbeusの口腔内装置。
共焦点レーザー顕微鏡で自家蛍光を観察したParadoryphoribius chronocaribbeusの爪。
実体顕微鏡の透過光で見たParadoryphoribius chronocaribbeusの側面図。
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著者らは、クマムシの化石はサイズが小さく、生息地を好むため、琥珀の中での保存に強い偏りがあると指摘しています。

そのため、クマムシの化石を新たに発見するには、琥珀層が最も信頼できる情報源となります。

今回、ドミニカ共和国の琥珀からクマムシの化石が発見されたことは、ビルマやバルト海の琥珀層など、頻繁に採取される場所にもクマムシの化石が存在する可能性を示唆しています。

歴史的に見て、琥珀の中に含まれるクマムシのような小さな内包物は目に見えにくく、非常に優れた観察力と専門的な知識が必要なため、大きな内包物に偏っています。

「科学者たちは、クマムシが生命樹の中で大まかにどこに位置するのか、節足動物と関連していること、そしてカンブリア爆発の中で深い起源を持っていることを知っています。問題は、名前のついた化石が3つしかないという、極めて孤独な門2生物学において、門とは界の下、綱の上に位置する分類レベルのこと。藻類・菌類・植物の国際命名規約では、これらの用語は同等のものとして認められているが、植物学では伝統的に門の代わりに部門という用語が使われてきた。だということです。この門の化石はほとんどが琥珀の中で発見されていますが、小さいので保存されていても見るのが難しいかもしれません。」とOrtega-Hernández氏は言います。

Mapalo氏も同意見で、「クマムシの外見的な形態を見れば、クマムシの体内で起きた変化はないと思うかもしれません。しかし、共焦点レーザー顕微鏡を使って内部形態を可視化したところ、範囲内の種では観察されないが、化石では観察される特徴が確認できました。これにより、数百万年の間にどのような体の変化があったのかを理解することができます。さらに、これはクマムシが外見的には同じであっても、内部では何らかの変化が起きていることを示唆しています。」

Mapalo氏とOrtega-Hernández氏は、クマムシの化石記録の拡大を目指して、共焦点レーザー顕微鏡技術を用いて、琥珀の中にいる他のクマムシの研究を続けています。

Published by Harvard University. A tardigrade in Dominican amber, Proceedings of the Royal Society B (2021).  DOI: 10.1098/rspb.2021.1760




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