【地学基礎】古生代を図解で総まとめ—カンブリア紀の爆発・上陸・大量絶滅｜武蔵野個別指導塾

三葉虫とフズリナの新旧で手が止まる人へ。6 つの紀を長さどおりに並べた帯図を土台に、柱状図の読み取りと 46 億年の換算の例題を解くと、上陸と絶滅の順番が自分の言葉で言えるはずです。

よくあるのは、理科室の実験台の脇で化石標本のケースをのぞき込み、三葉虫とフズリナのどちらが古いかと聞かれて手が止まるという場面です。紀の名前は順番どおりに唱えられるのに、ラベルの「石炭紀〜ペルム紀」という文字を見ても、それが三葉虫の生きた時代のどのあたりなのか、頭の中で重ねることができません。足りないのは暗記の量ではなく、生き物と時間を結ぶ線のほうです。

この単元を学ぶと、古生代の 6 つの紀を長さの感覚ごと思い描き、化石の名前から地層の時代を絞り込めるようになります。植物や動物がなぜその順番で陸へ上がったのか、石炭やパンゲアがどの時代の話なのか、古生代がどう終わったのかも、筋道を立てて説明できるようになります。

この単元で押さえること

• 時代の範囲：古生代は約 5.4 億年前から約 2.5 億年前までの約 2.9 億年で、カンブリア紀、オルドビス紀、シルル紀、デボン紀、石炭紀、ペルム紀の 6 つに区切ります。
• カンブリア紀の爆発：硬い殻や骨格を持つ動物が短い期間に次々と現れた出来事で、バージェス動物群がそのころの姿を伝えています。
• 海の示準化石：三葉虫は古生代の全体、筆石はオルドビス紀からシルル紀、フズリナは石炭紀からペルム紀と、使える範囲がそれぞれ違います。
• 陸への進出：オゾン層の形成を背景に、植物、魚類から進化した両生類、殻のある卵を持つは虫類の順に、陸の奥へ広がりました。
• 石炭とパンゲア：石炭紀の大森林が石炭のもとになり、古生代の後半には大陸が集まって超大陸パンゲアができました。
• 末の大量絶滅：ペルム紀末に海の動物の種の 90% 以上が失われ、三葉虫やフズリナもここで姿を消します。

前の単元で学んだ先カンブリア時代の酸素の増加がここで上陸の条件として効き、この単元の幕切れが次に学ぶ中生代の出発点になります。

基本の考え方

6 つの紀を長さごと並べる

古生代は、約 5.4 億年前（約 5 億 3900 万年前）に始まり、約 2.5 億年前に終わります。差し引くと約 2.9 億年で、46 億年の地球史の中では 1 割にも届きません。それでも、地層から見つかる化石の種類はここから一気に増えるため、紀というもう一段細かい単位で時代を区切って話ができるようになります。

図1のように、古生代は古いほうからカンブリア紀、オルドビス紀、シルル紀、デボン紀、石炭紀、ペルム紀（二畳紀とも呼びます）の 6 つに区切られます。帯の幅は長さに比例させてあり、シルル紀が約 0.2 億年でもっとも短く、デボン紀と石炭紀が約 0.6 億年でもっとも長いことが一目で読み取れます。順番は「カ・オ・シ・デ・セキ・ペ」と頭の音で唱えて構いませんが、唱えて終わりにせず、帯の上に出来事を置いてみてください。爆発はカンブリア紀の前半、上陸はシルル紀、大量絶滅は赤い三角の 3 か所というように場所で覚えると、問題文の言い回しが変わっても崩れません。

海で起きた爆発と、海の化石たち

先カンブリア時代の末には、エディアカラ生物群と呼ばれる、平たく軟らかい体の生物がすでにいました。ところがカンブリア紀に入ると、硬い殻や骨格、眼や歯を持つ動物が、地球史の時間の感覚では短い期間に次々と現れます。これがカンブリア紀の爆発です。「爆発」は何かが破裂したという意味ではなく、動物の種類が一気に増えたことのたとえで、今の動物につながる主なグループの多くがこのころ出そろったと考えられています。なぜ起きたのかについては、食べる側と食べられる側の争いが激しくなったことなど複数の説明があり、決着はついていません。ただ、相手に歯が生えればこちらは鎧が欲しくなる、という関係は想像しやすいはずです。

そのころの姿を今に伝えるのがバージェス動物群です。カナダのロッキー山脈にあるバージェス頁岩から見つかった約 5 億年前の化石群で、ふつうなら残らない軟らかい部分まで保存されています。当時としては大型の捕食者だったアノマロカリス、脊索を持つピカイアなど、今の動物とは見た目のかけ離れたものも含まれます。中国の澄江（チェンジャン）動物群はこれより古い約 5.2 億年前のもので、多様化がカンブリア紀の早い段階で進んでいたことを示しています。

古生代の海を代表する化石が、三葉虫、筆石、フズリナです。三葉虫は硬い殻を持つ節足動物で、カンブリア紀に大いに栄え、数を減らしながらペルム紀末まで生き続けました。筆石は群体をつくって海を漂った動物で、オルドビス紀からシルル紀の地層に多く、分布が広いので離れた地域の地層を比べるのに役立ちます。フズリナは米粒ほどの紡錘形の殻を持つ有孔虫（単細胞の生物）の仲間で、石炭紀からペルム紀の暖かく浅い海に栄え、その殻は石灰岩の中に数多く見つかります。このほか四射サンゴや床板サンゴも、古生代の海で礁をつくっていました。

植物が先に、動物が後から陸へ

カンブリア紀の陸には、今のような森も草原もありません。大きな壁になっていたのが、太陽から届く紫外線です。水中なら水が紫外線を弱めてくれますが、陸にはその守りがありませんでした。先カンブリア時代から続く光合成で大気中の酸素が増え、上空にオゾン層が形成されると、有害な紫外線が地表に届きにくくなり、陸は生物の住める場所に変わっていったと考えられています。

化石の記録で最古級の陸上植物とされるのが、シルル紀のクックソニアです。高さ数 cm ほどの小さな植物でした。デボン紀にはシダ植物が根、茎、葉を発達させ、陸に森林が広がり始めます。植物が先で動物が後という順番は、店も畑もない土地に先に引っ越しても暮らせないと考えれば納得できるはずです。ムカデや昆虫の仲間などの節足動物が、この緑の広がりを追うように陸へ進出しました。

背骨を持つ動物のほうは、海で準備を進めていました。魚類の仲間の化石はカンブリア紀の地層からも知られ、オルドビス紀にはあごのない魚類が増え、シルル紀にはあごを持つものが現れます。デボン紀は魚類が大いに栄えた時代で、「魚の時代」と呼ばれることもあります。その魚類のうち、肉質のひれを持つ仲間から、デボン紀の終わりごろに両生類（イクチオステガなど）が現れました。

ただし両生類は、肺で呼吸して陸を歩けても、卵は水の中に産み、子のうちはえらで呼吸します。水辺から遠くへは引っ越せないのです。石炭紀に現れたは虫類は、乾燥に強い皮膚と殻のある卵を手に入れました。卵の中に水を抱えて産むので、いわば水筒つきの卵であり、これで水辺を離れて陸の奥まで暮らせるようになりました。

石炭紀の湿地には、リンボク、ロボク、フウインボクといった、木のように大きくなるシダ植物の大森林が広がりました。倒れた木は分解されきらないまま埋もれ、長い時間をかけて圧力と熱を受けて石炭に変わります。この時代の地層に石炭が多いことが、紀の名前の由来です。光合成で大気から取り込まれた炭素が地中にしまい込まれたため、大気中の二酸化炭素は減り、酸素は増えたと推定されています。はねを広げると約 70 cm にもなるトンボに似た昆虫メガネウラが飛んでいたのも、この時代です。ペルム紀にかけては、種子を持ち乾燥に強い裸子植物が増えていきます。

超大陸パンゲアと古生代の幕切れ

プレートの運動によって、大陸は古生代の間も動き続けていました。石炭紀の終わりからペルム紀にかけて大陸が次々と衝突し、ほぼすべての陸地が 1 つにまとまります。これが超大陸パンゲアで、名前は「すべての陸地」という意味のギリシャ語に由来します。陸が 1 か所に集まると、生き物の多い沿岸の浅い海は全体として狭くなり、海から遠い内陸は乾燥しやすくなります。パンゲアは中生代に入ると分裂を始めるので、古生代の後半を特徴づける地形として覚えておくと整理しやすくなります。

そして約 2.5 億年前のペルム紀末に、化石からわかる範囲で最大の大量絶滅が起こります。海の動物の種の 90% 以上が姿を消したとされ、三葉虫、フズリナ、四射サンゴ、床板サンゴはここで途絶えました。原因としては大規模な火山活動と、それに続く気候や海洋環境の変化が有力視されていますが、くわしいしくみは今も研究が続いています。図1の赤い三角が示すとおり、古生代にはオルドビス紀末（約 4.4 億年前）とデボン紀後期（約 3.7 億年前）にも大きな絶滅があり、ペルム紀末はその 3 回目にあたります。古生代と中生代の境界は、この絶滅にともなう生物の大きな入れ替わりをもとに引かれています。

例題で解き方を確かめる

例題1（用語の見分け）

次のア〜オのうち、古生代の示準化石をすべて選びなさい。また、三葉虫とフズリナでは、どちらのほうが地層の時代を細かく絞れますか。

ア 三葉虫　イ アンモナイト　ウ フズリナ　エ ビカリア　オ 筆石

1. 1 つずつ代を判定します。三葉虫、フズリナ、筆石は古生代、アンモナイトは中生代、ビカリアは新生代です。迷う語を先に消すと、記憶のあいまいなものだけに集中できるからです。
2. 生きていた期間の長さを比べます。三葉虫はカンブリア紀からペルム紀まで、フズリナは石炭紀からペルム紀までです。期間の短い生物ほど、見つかったときに時代を狭く言えるからです。

答え：古生代の示準化石はア・ウ・オ、細かく絞れるのはフズリナ

例題2（図の読み取り）

図2は、ある崖の地層を単純化して描いた柱状図です。厚さの比は実際のものではありません。地層の逆転はなく、エのアンモナイトは中生代の示準化石として扱います。(1) 古生代と中生代の境界は、どの層とどの層の間にありますか。(2) イが堆積した環境とウが堆積した環境の違いを、それぞれ短く答えなさい。

1. 上下から新旧を決めます。地層の逆転がなければ下の層ほど古いので、ア、イ、ウ、エの順に新しくなります。化石を見る前に順番を固定しておくと、次の手順で矛盾を確かめられるからです。
2. 化石を時代に置き換えます。筆石はオルドビス紀からシルル紀、リンボクは石炭紀、フズリナは石炭紀からペルム紀、アンモナイトは中生代です。上下の順と化石の時代の順が食い違っていなければ、手順 1 の判断は正しいと確かめられます。
3. 境界を探します。ウまでは古生代の化石、エからは中生代の化石なので、境界はウとエの間です。代の境界は、示す代が切り替わるところにしか引けないからです。
4. 環境を読みます。石炭は陸の植物が湿地に埋もれてできたもの、フズリナを含む石灰岩は暖かく浅い海でできたものです。岩石と化石の両方が同じ環境を指していることを確かめると、答えに自信が持てます。

なお、この図だけでは、層と層の間にどれほどの時間の空白があるかまでは決められません。アとイの間でもデボン紀にあたる部分が抜けている可能性があり、断定できるのは順番と時代の範囲までです。

答え：(1) ウとエの間　(2) イは陸の湿地、ウは暖かく浅い海

例題3（計算）

地球の歴史 46 億年を、1 億年を 1 m とした 46 m のひもに置き換え、ひもの端を現在とします。(1) 古生代の始まりと終わりは、端から何 m のところですか。(2) 古生代の長さは全体の何%ですか。小数第 1 位まで答えなさい。(3) 同じ 46 億年を 1 年に縮め、現在を 12 月 31 日の終わりとすると、古生代の始まりと終わりはおよそ何月何日ですか。

1. 年代をそのまま長さに読み替えます。1 億年が 1 m なので、始まりは 5.4 m、終わりは 2.5 m です。年代の数字がそのまま長さになる縮尺なので、計算の前に大きさの感覚がつかめるからです。
2. 長さを引いて割合を出します。5.4 − 2.5 = 2.9 m なので、2.9 ÷ 46 × 100 = 6.30… で約 6.3% です。割合は長さそのものから出すので、差を先に求める必要があります。
3. 1 年の日数に比例配分します。始まりは 5.4 ÷ 46 × 365 = 42.8… で約 43 日前、終わりは 2.5 ÷ 46 × 365 = 19.8… で約 20 日前です。全体に対する比が同じなら、ひもでも暦でも同じ式で計算できるからです。
4. 暦に直します。12 月 31 日の終わりから 31 日さかのぼると 11 月 30 日の終わりで、さらに 12 日さかのぼると 11 月 18 日の終わり、つまり 11 月 19 日に入るころです。20 日前は 12 月 11 日の終わりです。月をまたぐ計算は、月末を中継点にすると間違えにくくなります。

答え：(1) 始まり 5.4 m、終わり 2.5 m　(2) 約 6.3%　(3) 始まりは 11 月 19 日ごろ、終わりは 12 月 11 日ごろ

この暦で見ると、古生代はわずか約 23 日間で、それより前の約 10 か月半が先カンブリア時代です。硬い殻を持つ動物の化石がこれほど遅く現れることは、数字にして初めて実感できます。

例題4（論述）

生物の陸上への本格的な進出がシルル紀ごろまで進まなかった理由を、大気の変化に触れて 60 字程度で述べなさい。

1. 問いが求める因果の出発点を決めます。「進出しなかった理由」なので、陸に何の害があったのかを最初に確かめます。害の正体は紫外線です。原因を書かずに結果だけ書くと、理由を答えたことにならないからです。
2. 大気の変化をつなげます。光合成で酸素が増える、酸素からオゾン層が形成される、紫外線が地表に届きにくくなる、の順です。途中の段階を飛ばすと、なぜ酸素が陸の話につながるのかが伝わらないからです。
3. 指定の長さに収めます。「酸素が増えて陸に上がれた」のように途中を省くと、オゾン層と紫外線という採点の要点が抜け落ちます。削るのは飾りの語だけにします。

答え：光合成で増えた酸素からオゾン層が形成され、有害な紫外線が地表に届きにくくなるまで、陸は生物に適さなかったため。

まちがえやすいところと直し方

エディアカラ生物群を爆発の中に入れてしまう

誤った書き方は「カンブリア紀の爆発でエディアカラ生物群やバージェス動物群が現れた」です。

どこが違うかというと、エディアカラ生物群は先カンブリア時代の末の生物で、硬い殻や骨格を持ちません。バージェス動物群はカンブリア紀の化石群で、硬い殻を持つものも軟らかい体のものも含みます。名前の響きが似た「大昔の不思議な生物」として 1 つにまとめると、この違いが消えてしまいます。

正しい書き方は「先カンブリア時代の末に軟らかい体のエディアカラ生物群がいて、カンブリア紀の爆発で硬い殻や骨格を持つ動物が多様化した。バージェス動物群はそのころの化石群である」です。図1の帯の左端より前か後か、と場所で確かめると取り違えません。

三葉虫をカンブリア紀だけの化石と書いてしまう

誤った書き方は「三葉虫はカンブリア紀の化石なので、フズリナより古い時代の地層にしか出ない」です。

どこが違うかというと、三葉虫の範囲は図3のようにペルム紀末まで続いており、石炭紀やペルム紀にはフズリナと同じ海にいた時期があります。帯は化石がよく見つかるおおよその範囲を示したもので、筆石の帯は特に栄えたオルドビス紀からシルル紀を描いています。カンブリア紀にもっとも栄えたという印象が強いために、そこだけの生物だと思い込みやすいのです。冒頭の実験台の脇での問いに戻ると、三葉虫のほうが先に現れたのは正しいものの、両方が同時に生きていた時代もあったというのが答えになります。

正しい書き方は「三葉虫はカンブリア紀に現れペルム紀末に絶滅した古生代の示準化石で、フズリナは石炭紀からペルム紀に限られる」です。同じように図3から、両生類やは虫類は中生代以降も続くので、「古生代の生物」と言い切れないこともわかります。

ペルム紀末の絶滅を隕石の衝突で説明してしまう

誤った書き方は「古生代の終わりには隕石が衝突して恐竜や三葉虫が絶滅した」です。

どこが違うかというと、隕石の衝突と結びつけて語られるのは約 6600 万年前の中生代の終わりで、古生代の終わりの約 2.5 億年前とは約 1.8 億年離れています。恐竜はそもそも古生代にはまだ現れていません。大量絶滅という語が同じなので、有名なほうの話に引きずられてしまうのです。

正しい書き方は「ペルム紀末には海の動物の種の 90% 以上が絶滅した。原因としては大規模な火山活動にともなう環境の変化が有力視されている」です。原因は諸説を踏まえた書き方にし、断定しないようにします。

用語のまとめ

練習問題

練習1　次の出来事を古いものから順に並べなさい。

ア 両生類の出現　イ カンブリア紀の爆発　ウ 超大陸パンゲアの形成　エ 陸上植物の出現

練習2　図1の値を使うと、石炭紀の長さは古生代全体の長さの約何%ですか。整数で答えなさい。

練習3　図3の範囲で考えたとき、同じ時代の地層から化石が見つかってもおかしくない組はどれですか。

ア 三葉虫とフズリナ　イ 筆石とは虫類　ウ 筆石とフズリナ

練習4　石炭紀に大量の植物が地中に埋もれたことで、大気中の二酸化炭素と酸素の量はどう変わったと考えられますか。理由とともに 50 字程度で述べなさい。

答えと解説

練習1の答えはイ、エ、ア、ウです。爆発はカンブリア紀、陸上植物はシルル紀、両生類はデボン紀の終わりごろ、パンゲアは石炭紀の終わりからペルム紀です。「植物が先、動物が後、大陸の集合は最後」と筋で押さえると、選択肢の並びに惑わされません。

練習2の答えは約 21% です。石炭紀の長さは 3.6 − 3.0 = 0.6 億年、古生代全体は 2.9 億年なので、0.6 ÷ 2.9 × 100 = 20.6… から 21% となります。3.6 や 3.0 をそのまま 2.9 で割らないように、先に差を求めます。

練習3の答えはアです。三葉虫の帯とフズリナの帯は石炭紀からペルム紀で重なります。筆石の帯はシルル紀で終わるので、石炭紀に現れるは虫類やフズリナとは重なりません。図の帯は上下に見比べ、横軸で重なる部分があるかどうかだけを確かめます。

練習4の答えの例は「光合成で二酸化炭素を取り込んだ植物が分解されずに埋もれたので、二酸化炭素は減り、酸素は増えた」です。植物が枯れて分解されれば、取り込んだ二酸化炭素は大気へ戻ります。埋もれて分解を免れたことが、減少につながる要点です。

次の単元へのつながりと確かめ方

ペルム紀末の絶滅で空いた海と陸のすみかを、次の中生代ではアンモナイトや恐竜が埋めていきます。殻のある卵で陸の奥へ進んだは虫類の話や、パンゲアの分裂は、中生代の出来事を理解する前提として、そのまま使います。

5 分だけ時間を取れる日は、次の 2 つを試してください。1 つ目は、1 億年を 10 cm として 29 cm の紙テープに 6 つの紀を書き込むことです。5 cm、5 cm、2 cm、6 cm、6 cm、5 cm と区切り、爆発、上陸、石炭、絶滅を何も見ずに記入できれば、図1が頭に入っています。2 つ目は、図3を隠して生物の名前を読み上げ、現れた紀と消えた紀を声に出して答えることです。

個別指導でここが止まる場合は、紀の暗記に戻る前に、先カンブリア時代の酸素の増加と、示準化石の条件まで戻って確かめます。

まとめ

三葉虫の硬い殻も、は虫類の卵の殻も、生き延びるために生物が手に入れた道具でした。化石の名前は、この流れのどの場面に出てくるかを言えたときに初めて、覚えたと言えるものになります。実験台の脇で標本を見たら、まず図の帯の上に置いてみてください。

古生代の 2.9 億年は、殻で始まり、殻で陸へ渡り、殻ごと崩れた時代です。