【ペルム紀の生物】ヘリコプリオン – 渦巻きの歯は、100年以上どこに付くのか分からなかった

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名前	ヘリコプリオン（Helicoprion）。ギリシャ語で「渦巻きののこぎり」の意味
分類	軟骨魚綱エウゲネオドゥス目。サメではなく、ギンザメにつながる全頭類の系統
時代	ペルム紀（約2億9000万〜2億7000万年前）
発見地	ロシアのウラル山脈（最初の記載）。ほかにアメリカのアイダホ州、カザフスタン、オーストラリアなど
全長	約5〜8mとする推定（歯の渦巻きの大きさからの比例計算）
歯の渦巻き	直径23cm・歯117本の標本がある。150本を超える渦巻きもある

ヘリコプリオンは、ペルム紀の海にいた大型の軟骨魚です。化石として残るのは、のこぎりの刃のような歯が渦を巻いて並んだ「歯の渦巻き」だけで、体のほかの部分はほとんど見つかっていません。1899年に名前が付いてから、この渦巻きが体のどこに付いていたのかは100年以上決まらず、2013年に CT スキャンで調べた化石によって、下あごの中に収まっていたことが分かりました。

姿と暮らし

ヘリコプリオンの骨格は、サメと同じく骨ではなく軟骨でできていて、死ぬとほとんど残りませんでした。全長の推定は、渦巻きの直径から体の大きさを比例で見積もったもので、直径35〜40cmの渦巻きをもつ個体は全長5〜8mになったとする推定があります。体の形も化石からは分からないため、復元図ではサメに似た流線形で描かれるのが一般的です。分類のうえでは、サメよりも、現生のギンザメにつながる全頭類の系統に近いとされています。

歯の渦巻きは、1本ずつのぎざぎざの縁をもつ三角形の歯が、一列につながって巻いたものです。新しい歯は口の奥でつくられ、古い歯は前へ押し出されて、抜け落ちずに渦の内側へ巻き込まれていきました。古い歯ほど小さく、渦の中心にあります。サメのように歯を次々に捨てて生え替わらせるのではなく、一生ぶんの歯を一つの渦巻きにためていたことになります。

ヘリコプリオンの化石は、ロシアやカザフスタン、北アメリカ西部、オーストラリアなど、ペルム紀の海に面していた広い地域から出ています。とくに多くの標本が出たのは、アメリカ・アイダホ州のリン鉱石の鉱山で、リン酸塩を多く含むフォスフォリア層からは、採掘のなかで多くの渦巻きが掘り出されてきました。同じ時代の海には、殻をもつアンモナイトの仲間やオウムガイの仲間がいました。

渦巻きの歯は、100年以上どこに付くのか分からなかった

ヘリコプリオンを1899年に記載したロシアの地質学者アレクサンドル・カルピンスキーは、ウラル山脈から出た渦巻きを、上あごの先から生えて鼻先の上へ巻き上がるものと考えました。上へ丸まったノコギリエイののこぎりのような姿です。翌1900年、アメリカのチャールズ・イーストマンはこれが顔に収まるとは考えにくいとして、背中から突き出た防御や見せびらかしの道具ではないかとしました。カルピンスキー自身もその後、尾や背びれに付けた案を出しています。

1907年、オリバー・ペリー・ヘイは、渦巻きが本来の位置に近い状態で残った化石を調べ、あごに付いていたと考えました。ただ、上あごか下あごかは決められませんでした。その後の数十年のあいだには、下唇から垂れ下がってあごの下にぶら下がっていた案、舌のある位置に収まっていた案、さらに喉の奥に置く案も出されました。1966年にはデンマークの研究者スヴェン・ベンディックス＝アルムグリーンが、長くのびた下あごの先端に渦巻きを置く復元を示し、2009年のロシアの研究もこの位置を採りました。いずれの案も、渦巻きと体のつながりが分かる化石がないまま組み立てられていました。

2013年、アイダホ州立大学のレイフ・タパニラらは、1950年にアイダホ州モンペリエ近くのリン鉱山で見つかり、アイダホ自然史博物館に収められていた標本を CT スキャンで調べました。直径23cm、117本の歯が約3周と4分の1巻いた渦巻きで、その周りの岩の中に、あごの軟骨の跡が残っていました。立体画像からは、上あごと下あごの形と、その中での渦巻きの位置が読み取れました。渦巻きは下あごの左右の真ん中に一つだけあり、あごの先端ではなく、下あごの全長にわたって、その中に埋まるように収まっていました。口の外へ突き出ていたのではなく、口の中に見えるのは渦巻きの上側の歯の列だけだったことになります。上あごには、渦巻きの歯と向き合うとがった歯はありませんでした。

2015年には同じグループが、このあごの形から筋肉を復元し、食べ方の模型を作りました。口を閉じると渦巻きが後ろ上方へ回るように動き、前の歯が獲物を引っかけて口に引き込み、真ん中の歯が刺して切り、奥の歯が切りながらさらに奥へ押し込みます。このしくみは、硬い殻の獲物では閉じかけた口から前へすべり出てしまうため、イカの仲間のような柔らかい体の獲物に向いていたと結論しています。渦巻きの位置が決まったことで、100年以上の議論は、ヘリコプリオンが何を食べていたのかという問いに移りました。

画像について

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出典

Tapanila, L., Pruitt, J., Pradel, A., Wilga, C. D., Ramsay, J. B., Schlader, R. & Didier, D. A. (2013). Jaws for a spiral-tooth whorl: CT images reveal novel adaptation and phylogeny in fossil Helicoprion. Biology Letters 9, 20130057. https://doi.org/10.1098/rsbl.2013.0057

Ramsay, J. B., Wilga, C. D., Tapanila, L., Pruitt, J., Pradel, A., Schlader, R. & Didier, D. A. (2015). Eating with a saw for a jaw: Functional morphology of the jaws and tooth-whorl in Helicoprion davisii. Journal of Morphology 276, 47–64. https://doi.org/10.1002/jmor.20319

Lebedev, O. A. (2009). A new specimen of Helicoprion Karpinsky, 1899 from Kazakhstanian Cisurals and a new reconstruction of its tooth whorl position and function. Acta Zoologica 90 (s1), 171–182. https://doi.org/10.1111/j.1463-6395.2008.00353.x

Scientific American (2013). Prehistoric Ghost Shark Helicoprion‘s Spiral-Toothed Jaw Explained. https://www.scientificamerican.com/blog/running-ponies/prehistoric-ghost-shark-helicoprions-spiral-toothed-jaw-explained/