Shell variability of Pseudocubus obeliscus Haeckel in the early autumn radiolarian fauna off Tassha, Sado Island, central Japan

本論文は、放散虫の生物分類学（biosystematics）における中心的な問題を扱う。放散虫の分類は長らく骨格要素の幾何学的配置に依拠してきたが、同一種の個体でも種内で殻（shell）の形態変異が大きい場合がある。これは化石試料で特に問題となり、形態差が同一種内での成長に伴う変化なのか、真の種間差なのかを研究者が裏づけできないため、判断が主観的になり、個人の専門的経験に依存しやすい。生きた放散虫を対象とする実験室培養や形態計測研究により、一部の分類群では成長に関連した形態差が明らかにされてきたが、生きた放散虫の研究は技術的に困難であるため、同様の研究は依然として少ない。こうした背景のもと、著者らは2001年初秋に日本中部の佐渡島（佐渡市多田）沖で採集したプランクトン曳網試料を解析した。この試料には、PlagiacanthidaeおよびLophophaenidaeのnassellarianが多数含まれ、形態変異の大きいspicular nassellarianであるPseudocubus obeliscus Haeckelも含まれていた。本研究の目的は、この種の基本的な骨格構築を記載し、形態変異のパターンを記録し、あわせて初秋の放散虫群集の概要を簡潔に特徴づけることである。

解析試料に基づく2001年初秋の群集は、nassellarianが豊富で、とくにPlagiacanthidaeとLophophaenidae（Neosemantis distephanus、Pseudocubus obeliscus、複数のPlectacantha分類群などを含む）が多いことを特徴とする。これに加えて、Spongosphaera streptacanthaなどのspumellarianが普通に見られ、特にpyloniidが優占し（Tetrapyle octacanthaおよびLarcospina quadrangularを含む）ていた。近傍海域から以前報告された晩夏の群集（2000年9月上旬）と比べると、著者らはspumellarianの種組成にわずかな差を認める一方、nassellarianの優占パターン（plagiacanthidおよびlophophaenid分類群）は概ね類似していると述べている。Pseudocubus obeliscusについて著者らは、一貫した「基本（fundamental）」の骨格プランを同定した。それは、cephalisに相当する逆さの切頭四角錐状の枠組みであり、ただしcephalic wallと、cephalis後方のいかなる節（post-cephalic segments）も欠く。この枠組みは、initial spicule、proximal ring（PR）、columellae、distal ring（DR）に加え、secondary spinesとarchesから構成される。著者らは、最も一般的な形態多様性は大きく2つの要因、すなわち成長段階の違いと、良好に規則化した標本に対する骨格要素の歪み／変位に由来すると主張する。とりわけ顕著な外形変異は、主として(1) columellaeとPR平面のなす角度、(2) PRの形状、(3) columellaeの屈曲、(4) これらの要因の組合せの変化によって生じ、その結果としてDRの幾何形状が影響を受け、secondary archesが補償的に発達するとしている。

プランクトンは、日本中部の新潟県佐渡島（佐渡市）多田の西約6 kmの地点において、水柱（200–0 m）から採集した。採集は2001年9月26日朝に行い、100 μmメッシュのネットによる曳網を8回実施した。本研究は1試料（926-2SD-5; 200–0 m）に焦点を当てる。放散虫骨格の準備として、試料を約50%硫酸で約1日処理して有機物を除去し、その後残渣を水で洗浄して含水エタノール溶液中に保存した。乾燥残渣から放散虫標本180体以上を手作業で選別し、走査電子顕微鏡観察用のスタブに載せた。観察にはJEOL JSM-5600 SEMを用い、代表的な分類群を撮影した（Plates 1 and 2）。Pseudocubus obeliscusの形態記載では、nassellarian骨格要素に関する既存の記載用語（Petrushevskaya、De Weverら、Dumitricaに従う）に、Sugiyamaが導入した特定の用語を加えて用い、initial spiculeの構成要素、ring構造、columellae、arches、secondary spinesを区分した。変異は、良好に規則化した形態と形態的に歪んだ形態の双方を代表する標本をSEMに基づいて詳細に比較し、spine長、肥厚、分岐、追加のarchesの発達といった成長に関連する特徴に注意を払いつつ、質的に解析した。

著者らは、Pseudocubus obeliscusで観察された形態多様性は、複数種の証拠ではなく種内変異として解釈するのが最も妥当であると結論づける。この判断は、SEM観察から展開される2つの主要論拠に基づく。第1に、DRの後期形成と肥厚、spineの段階的な外向き伸長と分岐、追加のarchesの形成、spine全般の肥厚といった系統的変化から、成長に伴うパターンが推定できること。第2に、骨格のうち形態的に安定な領域と不安定な領域を、骨格形成（skeletogenesis）と整合的な形で区別できることであり、具体的にはPR形成要素の一部（とくに腹側）に見かけ上の不安定性があること、ならびにcolumella角度やPR形状における初期成長段階（early-ontogenetic）の逸脱が、枠組み全体の歪みへと波及することが挙げられる。さらに著者らは、「理想的」な高対称の枠組みが達成されない場合、より柔軟なsecondary archesが変形を補償しうると論じ、後期の骨格構築に自己組織化的側面があることを示唆する。より広い生物分類学的文脈では、わずかに異なる形態が独立の生物学的証拠なしに別種として扱われると、化石分類は主観的な細分化（splitting）に脆弱であることを強調する。同所的に生息する単一の生きた種の内部で、認識可能な成長過程と局在的な構造不安定性が大きな形態変異を生みうることを示すことで、本研究は化石放散虫の分類で用いられる形態基準を精緻化するための具体的根拠を提示している。

本論文は、同様の生物分類学的研究を、より広い範囲の生きた放散虫分類群へ拡張することを明確に提唱している。著者らは、生きた種は、骨格形態とその成長に伴う変化の詳細な記録に加え、化石試料では得られない生物学的側面（生態学および分子生物学に言及）も提供しうる点で、固有の情報価値があると主張する。こうした知識をより多くの分類群で蓄積すれば、化石に見られる形態差が種内変異、個体発生段階（ontogenetic stage）、あるいは真の種レベルの差異のいずれを反映するのかを評価する能力が強化され、分類実務における主観性の低減につながるとしている。Pseudocubus obeliscusの解釈に関連しても、著者らは、個体発生の順序（ontogenic order）と、形態的に不安定な骨格要素が変異生成に果たす役割を理解する重要性を強調し、観察される成体形態を発生過程の系列へ結びつける研究を今後も進めるべきだと示唆する。最後に、生きた放散虫研究は依然として技術的に難しく、研究例も少ないため、本研究は、多田沖で可能であったような季節・地点に基づく継続的サンプリングが、より堅牢な化石分類に必要な比較基盤を構築するための実践的ルートであることを、暗に位置づけている。

この論文は、放散虫(海にすむ単細胞生物の一種で、ガラスのような骨格をつくります。死んだ後に骨格が海底に残り、化石として見つかることがあるため、昔の海の環境を調べる手がかりになります。)という小さな海の生き物を、どうやって「同じ種」と「別の種」に分けるべきかという問題を扱っています。放散虫の分類は、ふつう骨格の形や骨の並び方で決めますが、同じ種でも成長のしかたや形のゆがみ方で見た目が大きく変わることがあります。とくに化石だと、生きているときの情報が使えないため、その違いが「成長による変化」なのか「別の種の違い」なのかをはっきり確かめにくく、研究者の経験に頼った判断になりやすいです。
そこで著者らは、2001年9月に佐渡島沖で採集したプランクトン試料を調べ、形の変化が大きい放散虫Pseudocubus obeliscusについて、骨格の基本的なつくりと、どんな形の変化が起きるのかを記録することを目的にしました。また、その時期の放散虫の集まり（群集(ある場所と時期に一緒に見られる生物の集まりのことです。どの生物が多いかで、その環境の特徴を考えられます。)）の特徴も簡単にまとめました。

2001年初秋の試料では、nassellarian(放散虫の一群で、骨格が円すい形や塔のような形をとるものが多い仲間です。分類や形の比較でよく使われます。)が多く、特にPlagiacanthidaeとLophophaenidaeの仲間が目立ちました。加えて、spumellarian(放散虫の一群で、球形に近い骨格をもつものが多い仲間です。nassellarianと並んで群集の特徴を表すのに使われます。)もよく見つかり、その中ではpyloniidの仲間が特に多く見られました。2000年の晩夏の報告と比べると、spumellarianの種類には少し違いがある一方で、nassellarianが多いという大きな傾向は似ていました。
Pseudocubus obeliscusについては、見た目がかなり違う個体が多い中でも、共通する「基本の骨格の型」があることがわかりました。その基本形は、cephalis(nassellarianの骨格で、頭のように見える最初の区画にあたる部分です。種によってはここに殻の壁が発達します。)にあたる逆さの台形ピラミッドのような骨組みですが、殻の壁や、その後ろに続く区画はありません。骨格は、initial spicule(骨格づくりの出発点になる最初の骨の組み立てです。ここを基準に、輪や柱状の骨などが追加されて骨格が成長します。)や2種類の輪（PRとDR）、柱のような骨（columellae(柱のように伸びる太めの骨格要素です。角度や曲がり方が変わると、骨格全体の外形が大きく変化します。)）、それらをつなぐ骨の橋（arches(骨格の要素どうしを橋のようにつなぐ部分です。輪をつくったり、形のゆがみを調整したりする役割が考えられます。)）、追加で伸びる骨（secondary spines(基本の骨格ができた後に追加で伸びるとげ状の骨です。成長段階の違いを見分ける目印になります。)）などでできています。
形の多様性が生まれる主な理由は2つで、成長段階の違いと、骨格の一部がゆがんだり位置がずれたりすることだと説明されました。外見の大きな変化は、columellaeの角度、PRの形、columellaeの曲がり方、そしてそれらの組み合わせによって起こり、DRの形にも影響し、その補いとしてsecondary archesが発達することがあるとされました。

試料は、佐渡島の多田の沖合約6kmで、水深200mから海面までの範囲をネットで8回曳いて集めました。ネットの目の細かさは100μmです。本研究では、そのうち1つの試料を中心に解析しました。
放散虫(海にすむ単細胞生物の一種で、ガラスのような骨格をつくります。死んだ後に骨格が海底に残り、化石として見つかることがあるため、昔の海の環境を調べる手がかりになります。)の骨格を観察しやすくするため、試料を約50%の硫酸で1日ほど処理して有機物を取り除き、その後に洗ってアルコールを含む液体に保存しました。乾かした残りから放散虫を180体以上選び出し、SEM(走査電子顕微鏡のことで、非常に小さな骨格の細部まで立体的に観察できます。形の違いを正確に比べるのに重要です。)で詳しく観察して写真を撮りました。Pseudocubus obeliscusの形の説明では、既存の骨格用語に加えて一部の特別な用語も使い、骨格の各部分を区別しながら、形の違いを比較しました。

著者らは、Pseudocubus obeliscusで見られた大きな形の違いは、別種が混ざっているのではなく、同じ種の中で起きる変化（種内変異(同じ種の中で起きる違いのことです。分類でこれを見落とすと、同じ種を別種として分けてしまう原因になります。)）として考えるのが最も自然だと結論づけました。理由は主に2つです。
1つ目は、DRが後からできて厚くなること、spineが段階的に伸びたり分岐したりすること、追加のarches(骨格の要素どうしを橋のようにつなぐ部分です。輪をつくったり、形のゆがみを調整したりする役割が考えられます。)ができることなど、成長にともなう変化の流れが読み取れる点です。2つ目は、骨格の中に安定しやすい部分と不安定になりやすい部分があり、その違いが骨格形成(生物が骨格を作っていく過程のことです。どの順番でどの部分ができるかを理解すると、形の違いが成長由来かどうか判断しやすくなります。)のしくみと合っている点です。特にPRの一部（腹側）で形が乱れやすく、初期の成長段階でのわずかなずれが全体のゆがみに広がると説明されました。
また、理想的な対称形にならない場合でも、secondary archesのような柔らかく調整しやすい骨の部分が発達して、形の崩れを補うことがあるとされました。化石だけで分類する場合、少しの形の違いを根拠に別種として分けすぎる危険があるため、本研究は「成長による変化」と「本当の種の違い」を見分けるための手がかりを示した点で重要です。

著者らは、こうした研究をPseudocubus obeliscus以外の生きた放散虫(海にすむ単細胞生物の一種で、ガラスのような骨格をつくります。死んだ後に骨格が海底に残り、化石として見つかることがあるため、昔の海の環境を調べる手がかりになります。)にも広げるべきだと述べています。生きた個体なら、骨格の形だけでなく、生態や分子生物学の情報も得られるため、化石では判断しにくい「形の違いの意味」をより確かに評価できるようになります。
今後、多くの分類群で成長過程と形の変化を詳しく集めれば、化石で見える形の差が、種内変異(同じ種の中で起きる違いのことです。分類でこれを見落とすと、同じ種を別種として分けてしまう原因になります。)なのか成長段階の差なのか、それとも別種なのかを判断しやすくなり、分類の主観性を減らせると期待されます。そのためには、季節や場所を決めて継続的に採集し、比較できるデータを増やすことが現実的に重要だと示されています。