異常巻NIPPONITES
depth

02 / LIFE 姿勢と浮力

この形で、
どうやって生きていたのか。

形の規則がわかっても、まだ謎が残ります。こんな形で、海の中をどうしていたのか。

ずっと海底に転がっていた、という説がありました。ぐちゃぐちゃに絡まった管のような殻は、岩にくっついて暮らす貝に似ていたからです。海綿と一緒に暮らしていた、という想像もありました。

2020年、答えに近づく計算が出ます。使われたのは、このサイトで切っているのと同じ標本(茨城の博物館にある INM-4-346)のCTでした。殻の中の空気と水の量、体の重さ、重心と浮力の中心を全部つくって、成長の14段階ぶん計算した。

結果は、どの段階でも「ぷかぷか浮いていられる」。海底に縛られてはいませんでした。しかも口はいつも横か、やや上を向いていた。下を向くことはなかった。

殻の中は隔壁で仕切られた小部屋(気室)になっていて、そこの水と気体の割合で浮き沈みが決まります。だから殻の立体形がわかれば、生きていたときの浮力・重心・姿勢は計算できます。

Peterman・三上・井上(2020)は、標本 INM-4-346 のCTから殻の外形を起こし、縫合線から隔壁を作り、軟体部を復元して、成長14段階の仮想モデルを組みました。得られた結論は三つ。①全段階で中立浮力が可能(気室の一部に液を残して調整できる)、②姿勢は横向きから上向きの範囲に収まり、下向きにはならない③U字の折り返しが増えるほど、鉛直軸まわりに回転しやすい体になる

そこから描かれる姿は、速く泳ぐ狩人ではありません。ゆっくりその場で回りながら、まわりの小さな浮遊生物をさらう——低エネルギーの暮らしです。

Peterman, Mikami & Inoue (2020) は INM-4-346 のCT(本サイトが用いているのと同一標本)を基本モデルとし、縫合線は NMNS PM35490 から、体房比は MCM-A0435 ほかから与えて、14の成長段階について静水力学量を算出した。

用いた密度は軟体部 1.049、殻 2.54、気室液 1.025、気室気体 0.001 g/cm³。体房比はおよそ42%(別個体では約36%)。中立浮力に必要な気室の排液割合 Φ は全段階で100%未満に収まり、気室液を約3〜28%残す形で釣り合う。静水力学的安定性指数 St は成長とともに 0.10 から 0.07 へ緩やかに下がるが、現生オウムガイのおよそ0.05より一貫して高い。すなわち姿勢は「かなり固定的」で、自力で大きく傾けることは難しかったと推定される。

開口の向き θa は約 −11°〜+99°(0°が水平、+が上向き)の範囲で振動し、下向きに大きく傾く段階は現れない。肋が成長方向に対して斜めであることが、開口をおよそ10°ぶん上向きに補正している。肋は過去の開口位置の記録なので、これは生時の姿勢の直接的な証拠になる。

推力については、幼期のクリオコーン期は推力角がほぼ0°で後方への水平移動に向く。U字の折り返しが発達すると回転推力角が上がり、およそ135°——純回転(90°)と純並進(180°)の中間——に落ち着く。漏斗を左右に曲げられたなら、回転と並進を選べた可能性がある。

水平 0° 上 +90° +70°

姿勢の安定性

  • ニッポニテス(幼期)St ≈ 0.10
  • ニッポニテス(成体)St ≈ 0.07
  • 現生オウムガイSt ≈ 0.05

安定性が高いほど、外から押されても姿勢が戻る。かわりに自分では姿勢を変えにくい。ニッポニテスはオウムガイより高い側にいる。

数値は Peterman et al. (2020) による。安定性指数は浮力中心と重心の距離を体積の立方根で割ったもの。

開口の向きは成長のあいだ −11°〜+99° の範囲で振動し、下向きには倒れない。肋が斜めであることが、およそ10°ぶん上向きに補正している(Peterman, Mikami & Inoue, 2020)。図は範囲を手で動かして確かめるためのもので、各成長段階の実測値を補間したものではない。
ニッポニテスの生体復元画。殻から柔らかい体と腕が出ている想像図。
ただし、姿は分かっていません。これは古生物美術家による復元画で、殻の外の柔らかい部分は推測です。作者自身が、見た目についてはほとんど分かっていないこと、タコに寄せた形や眼のかたちは自分の選択であることを明記しています。
アンモナイトを「殻に詰めたピンク色のイカ」として描く慣習への異議として描かれたもので、現生頭足類の多様さを考えれば、ニッポニテスにも多様な色や質感があったはずだ、という立場です。
作画:PrehistoryByLiam/DeviantArt CC BY-NC-ND 3.0 / 無加工で使用

肋の傾きは、予言してから答え合わせできる

「姿勢はこうだったはずだ」と言うだけなら、いくらでも言えます。科学がすごいのは、それを確かめる方法を用意するところです。

手順はこうです。まず殻の形から、浮力と重さの釣り合いで生きていたときの姿勢を計算する。次に「口はいつも一定の角度を保っていたはずだ」と仮定して、殻の表面にどんな向きの畝ができるかを予言する。そして——本物の化石と見比べる。

結果はよく一致しました。予言が当たったということです。

Okamoto (1988b) の方法である。北海道の上部白亜系から出る Eubostrychoceras muramotoi ほかについて、静水力学モデルと微分幾何で生時の姿勢と成長パターンを復元した。その復元の妥当性を、肋の傾きとその成長にともなう変化を使って検証している。

肋はどの成長段階でも開口に平行で、推定された姿勢の変化とよく対応する。そこで「成長は開口でのみ起こり、その開口は海底に対して一定の角度を保つ」という条件でシミュレーションを組み、肋のパターンを計算した。E. muramotoi では開口角を40°(実物の最終巻きから決めた値)として計算した理論プロファイルが、実物とよく似た。

もうひとつ印象的な結果がある。成長を追って姿勢を計算すると、ある段階(30〜32)で姿勢が急にひっくり返る。そして安定性の指標——浮力中心と重心の距離——は、成長とともにおおむね増えていくのに、姿勢がひっくり返るその瞬間に最小になる。

Okamoto (1988b) の結論は、初期の直棒期を除けば、浮遊するか、あるいは軽く底に触れる程度の生活が強く示唆される、というものだった。ただし例外もあり、①生活様式が違う(純粋な底生など)、②開口が常に一定角を保つとはかぎらない、という二つの可能性が明記されている。

そして、同じ研究者が24年後に見解を改めている

1988年の Okamoto は E. muramotoi について「浮遊または軽く底に触れる」とした。ところが2012年、東浦・岡本は同じ種について、負の浮力(海底に接する生活)を仮定した理論形態のほうが実物の肋傾斜とよく合う、と報告している。

同じ人が、同じ標本について、24年かけて考えを変えた。しかも変えた理由が「肋の傾き」という、1988年に自分で導入した検証手段だった。これは科学が壊れた例ではなく、科学が働いた例です。

まだ決着していないこと

「浮いていた」は、いまのところ有力な答えです。でも異常巻きアンモナイトが全部そうだった、という話ではありません。

たとえば近い仲間のユーボストリコセラス・ムラモトイという種は、計算してみると沈んでいたほうが化石の特徴とよく合う、という研究があります。同じ「異常巻き」でも、暮らし方は種ごとに違っていたようです。

ひとつの答えで全部を片づけないこと。それも、この形が教えてくれることのひとつです。

ニッポニテスの浮遊説は現在有力ですが、異常巻き全体に一般化はできません。東浦・岡本(2012)は Eubostrychoceras muramotoi について、従来前提とされてきた中立浮力ではなく負の浮力(海底に接する暮らし)を仮定した理論形態のほうが、実物の肋の傾きとよく合うことを示しました。

岡本自身も、シミュレーションに基づいて多くの異常巻きに底生寄りの生活を認めつつ、ニッポニテスについては中立浮力・浮遊性という Ward & Westermann (1977) の見方に同意しています。種ごとに違う、というのが現在の理解に近い。

下を向いたことは、一度もなかった。

14の成長段階のどこを取っても、開口が大きく下を向く姿勢は現れない。ぐちゃぐちゃに見える殻は、口をいつも水平から上へ向けておくための、かなり手のこんだ装置だったことになる。

実物のCTを、自分で切る →

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