約4億5,500万年前の魚の化石は、脊椎動物の頭蓋骨がどのように発達したかについて新たな洞察を提供する。研究者らはコンピューター断層撮影法を用いて、先史時代の魚エリプティキウス・アメリカヌスの化石化した頭部を三次元で再構築した。したがって、彼の脳は閉じた頭蓋骨カプセルによって保護されておらず、一緒に成長していない軟骨板によって囲まれているだけでした。これは、先史時代の魚の頭部が、現生または絶滅した脊椎動物のこれまでに知られているすべての頭蓋構造と異なることを意味します。
脊椎動物の重要な特徴は、繊細な脳を保護する頭蓋骨です。しかし、骨や軟骨でできたこの保護キャップはどのようにして開発されたのでしょうか?この質問にはこれまで答えるのが困難でした。私たち人間を含む現代のほぼすべての脊椎動物では、頭蓋骨の個々の部分が融合しています。いわゆる神経頭蓋、脳を取り囲む構造は単一のユニットで構成されています。ヤツメウナギやヌタウナギを含む脊椎動物の原始的なグループであるラウンドマウスだけが、神経頭蓋が開いた軟骨フレームワークで構成されています。
博物館の標本が再検査されました
しかし、脊椎動物の進化の初期段階で、丸い口という単純な軟骨構造がどのようにして閉じた頭蓋骨に変化したのかは、ほとんどわかっていない。英国バーミンガム大学のリチャード・ディアデン氏とその同僚は、「初期の脊椎動物の頭蓋解剖学的構造には、系統発生的および時間的差異が大きいことが示されているため、化石記録には両国間の橋渡しとなるものはほとんどない」と説明する。このギャップを埋めるために、彼らは現在、最も初期に知られている脊椎動物の一つの博物館標本をより詳細に検査した。
「コンピューター断層撮影法を使用して、謎の無顎魚エリプティキウス・アメリカヌスを三次元で再構成しました」と研究者らは報告している。この標本は米国コロラド州のハーディング砂岩から採取され、4 億 5,500 万年前のものであると推定されています。 「一見すると、エリプティキウスは化石の中で最も美しいわけではありません」とディアデン氏は言う。 「しかし、最新の画像技術を使用することで、化石記録の中で三次元的に保存された最古の脊椎動物の頭部というユニークなものが保存されていることを示すことができました。」
既知の脊椎動物の頭蓋骨とは異なります
この研究は、化石魚の頭蓋骨が対称的な一連の軟骨板で構成されていたことを示しています。 「これらは側眼窩の前面、末端の口、嗅球、松果体を取り囲んでいます」と研究チームは書いている。 「しかし、軟骨は単一の神経頭蓋単位に融合しているわけではありません。これは、この特徴が脊椎動物の進化の後半にのみ発達したことを示唆しています。同時に、この化石の頭蓋骨は、今日の丸い口の開いた軟骨の枠組みとは大きく異なります。」 「このように、神経頭蓋は、これまでに記載されているすべての脊椎動物とは異なる解剖学的構造を明らかにしている」と研究者らは書いている。
先史時代の魚エリプティキウス・アメリカヌスは、頭蓋骨の発達に関して、進化上、丸口動物と現代の脊椎動物の中間的な位置を占めています。この化石は脊椎動物の頭蓋骨の化石記録における1億年の空白を埋めるものとなる。 「これらは、進化の歴史の初期に原始的な脊椎動物がどのように脳を守っていたのかを明らかにする可能性のある非常に興味深い結果です」とディアデン氏の同僚イヴァン・サンソム氏は言う。 「エリプティキウス・アメリカヌスは、脳を頭の残りの部分から隔てている一連の軟骨の最初の証拠であるようだ。この研究は、博物館のコレクションの重要性と、それらを探索するための新しい技術の使用を強調しています。」
出典: Richard Dearden (英国バーミンガム大学) 他、Nature、 doi: 10.1038/s41586-023-06538-y
