武蔵野個別指導塾の特徴

高校地学古生代の生物変遷—海の多様化と陸上進出を化石資料の比較から説明する｜武蔵野個別指導塾

公開 2026.11.13更新 2026.11.13武蔵野個別指導塾の特徴地学を掘り下げる岩石と地質・地球の歴史

古生代の6紀に海と陸の化石を配置し、陸上進出の記録や採集条件の差を根拠に生物の変遷を考えます。

よくあるのは、高校生が陸上進出を一度だけの出来事と考え、植物と動物が同時に陸へ移ったと書く場面です。ところが、化石の並びから読むのは、生物の系統ごとに異なる記録です。海の生物の変化と陸で暮らす生物の記録を分け、地層に何が残り、何が残らなかったかまで考えると、時間の流れを根拠つきで説明できます。

化石の表で何を判断するか

古生代の資料では、紀の順序を並べる問題、生物の記録を海と陸に分ける問題、化石の増減から言えることを記述する問題が現れます。いずれも、地層の年代と化石の産状を確認し、観察した事実とその解釈を分けて書くことが出発点です。分類群の名前が先に浮かんでも、その化石がどの層から、どんな状態で出たかを見落とすと結論が強すぎます。

ここで扱うのは古生代の海の多様化と陸上進出、そして末の大量絶滅です。進化の細かな系統関係を化石名だけから決めたり、地球環境の変化を単一の原因に還元したりすることはしません。記録が不足しているときには、判定できないと答えることも資料の正しい読み方です。

時間と生息場所を別々に追う

古生代の紀は古い方からカンブリア紀、オルドビス紀、シルル紀、デボン紀、石炭紀、ペルム紀です。この順序は時間の前後を示しますが、各紀が同じ長さだったことは意味しません。図1のように、まず時間の軸を作り、その上に海と陸の記録を別々に置きます。図の区画の幅は時間の長さに比例しません。

図1の上段は紀の並び、下段は記録を整理する観点です。カンブリア紀には、殻や外骨格などをもつ多様な動物の化石が見られます。三葉虫はその代表ですが、その紀に初めて全動物が生じたという意味ではありません。化石として残りやすい体の部分や地層の保存状態も、見かけの多様性に影響します。

海ではその後も腕足類やサンゴ類など多様な無脊椎動物が栄え、魚類も多様化しました。三葉虫はカンブリア紀だけの生物ではなく、その後の古生代にも生存しました。ある生物を代表例として覚えることと、その生存期間を1つの紀に限定することは別です。ある紀の化石であるという情報だけでは、その紀の全期間に生きていたことも証明できません。

陸上の記録では、植物の進出と節足動物、脊椎動物の進出を別の系列として追います。シルル紀には陸上植物の化石記録があり、デボン紀には魚類が多様化し、四肢をもつ脊椎動物の初期の記録が現れます。初期の四肢動物がすべて陸上だけで暮らしたとまでは言えません。石炭紀には森林が広がり、両生類や爬虫類の記録も見られます。ペルム紀には陸上の種子植物や脊椎動物の多様な記録があり、末には三葉虫を含む多くの生物が絶滅しました。

植物が陸に生育することと、動物が陸で生活することにはそれぞれ異なる条件が関わります。水の確保や乾燥への対応、体を支える仕組みなどを考えると、同じ時点の単一の事件として扱えない理由が見えてきます。ただし、化石があるという事実から、それらの仕組みの成立順序を細部まで決めることはできません。化石の形と産出環境を別々に調べ、どこまでが観察でどこからが推定かを示します。

化石は生物そのものの完全な一覧ではありません。硬い部分は残りやすく、柔らかい体は残りにくいことがあります。堆積しなかった時間や侵食で失われた地層があれば、その場所の記録には空白ができます。さらに古い地層から削り出された化石が新しい堆積物に混ざる再堆積もあります。化石の年代とそれを含む地層の堆積年代をそのまま同一視せず、摩耗や周囲の粒子との関係を調べます。

基本例題: 産出表を時間順に読む

次は学習用に作った資料です。AからCの地層は下から上に堆積し、逆転はなく、各層の年代は独立した資料で古い順にカンブリア紀、シルル紀、デボン紀と決まっています。化石は再堆積していないとします。Aからは三葉虫、Bからは陸上植物、Cからは魚類と初期の四肢動物の化石が見つかりました。図2もこの条件を表します。化石の記録を古い順に並べ、植物と四肢動物の陸上進出が同時だったと断定できるか、理由とともに答えてください。

図2のように、下の層から上の層へ記録を読みます。まずAの三葉虫、次にBの陸上植物、最後にCの魚類と初期の四肢動物です。逆転がないという条件と、各層について別に与えられた紀の情報が、順序の根拠になります。四肢動物の化石があることと、その個体が陸上だけで暮らしたことは区別します。

答えは、資料から同時だったとは断定できない、です。BとCの記録には前後関係がありますが、化石の最初の産出は真の出現時点そのものとは限りません。Bより古い陸上植物の記録や、Cより古い四肢動物の記録が別の場所に存在する可能性もあります。Cから植物が見つからないという条件もありませんし、仮に見つからなくても、保存されなかった可能性があります。

別の整理法は、各層について「化石の種類」「地層の年代」「推定」を別欄に書くことです。Aに三葉虫があるという観察から、BにもCにも生存しなかったと書いてしまうと、資料にない情報を加えています。逆に、Aの化石を見てAの堆積環境を詳しく決めるにも、その生物の生態や産状の追加情報が必要です。図の色は層を区別するための模式色で、実際の岩石の色を表しません。

標準例題: 化石の減少を比較する

自作の調査条件として、連続して堆積し逆転していない下層と上層から、海生動物の分類群を同じ方法で調べました。下層では分類群P、Q、R、Sの4群、上層ではP、Qの2群が見つかりました。下層の4群のうち上層でも見つかった群の割合を百分率で求め、整数で答えてください。また、この結果だけでRとSの世界的絶滅を証明できるか説明してください。数は問題の条件であり実測値ではありません。

上層にも見つかったのは2群なので、割合は 2 / 4 × 100 = 50 % です。逆に4群の50 %は2群となり、元の表に戻ります。分母を上層の2群にすると別の問いに変わるため、何を基準にした割合かを先に書きます。計算の別解は、4群のうち半分が共通すると読み取り、半分を50 %に直す方法です。

一方、RとSの世界的絶滅は証明できません。上層の環境が変わってその地点に住まなくなった、化石が保存されなかった、探した範囲にたまたま含まれなかった、という可能性が残ります。複数の地域と異なる環境の地層を同じ条件で比べ、年代の対応と再堆積の有無を調べれば、結論を検討しやすくなります。それでも記録の空白が残る範囲は、証拠の限界として明示します。

発展例題: 空白を含む記録を扱う

別の自作資料では、ある地域の連続した下層から三葉虫が産出し、その上には侵食面を挟んで新しい上層が重なります。上層から三葉虫は見つかっていません。下層の後に侵食が起き、その後に上層が堆積したことは独立に確認済みです。三葉虫がその地域からいつ消えたかを、侵食面の前後を使って言える範囲で答えてください。

下層が堆積した時点には、再堆積でないという条件が確認されるなら、少なくともその生物の記録が残っています。しかし、その後に失われた時間があるので、消えた時点を侵食面の直前や直後に限定することはできません。上層で見つからないことも、その時点の不在の証明にはなりません。問題文には再堆積の否定がないので、下層の産出そのものから生息時点を確定できない点も答案に添えます。

追加調査では、侵食面の上下で岩相と化石の産状を記録し、同じ時間帯の地層がより連続して残る別地点を探します。古い殻の破片が摩耗して新しい堆積物に混じる場合は再堆積を疑います。ただし摩耗だけで再堆積を決めず、周囲の堆積物や他の化石との関係も比較します。地層の堆積が連続しているかという問いと、生物が連続して生存したかという問いは異なります。

観察を設計する際は、比較する層で調査面積、採集時間、粒の大きさの選別方法をそろえ、各条件を記録します。例えば採集時間が異なると、見つかる種類の数にも差が出ます。標本の破損や同定の誤り、保存の偏りは、同じ方法で調べても残る誤差です。学校で標本を調べる場合は指導の下で行い、危険な場所への立ち入りや岩石の破砕を前提にしません。

分類群数のグラフでは、横軸が時間か地層か、古い側がどちらかを先に確かめます。縦軸が産出した分類群の数なら、それは採集と保存の条件を含む数です。線が下がった箇所は記録された数の減少を示しますが、それだけで世界規模の絶滅率や原因は求まりません。欠測区間を0として線で結ぶと、観察していない時間まで生物がいなかったように見えてしまいます。

ペルム紀末の大量絶滅は、多くの分類群が失われた地質記録として扱います。その原因には複数の環境変化が関わった可能性があり、単一の原因をこの資料だけで確定することはできません。絶滅の記録、時期の対応、原因を支持する証拠は別々に評価します。

誤答を修正する

誤答は「陸上植物の化石がある層より上に四肢動物の化石があるので、植物と動物は同じ日に上陸した」です。原因は、異なる分類群の産出を1つの出来事にまとめ、地層の時間幅と記録の欠落を無視することにあります。図3のように、植物と動物の記録を別の行に置いてください。

図3の矢印は調べる順序を示し、両者が同じ時期に出現したことを示しません。修正後は「植物と動物を別に調べ、それぞれの最古の確実な記録と保存条件を比較する」と書けます。基本例題ではBとCの順序は言えますが、真の出現時点は特定できません。

もう1つの誤答は「三葉虫が見つからない地層では、三葉虫は世界中で絶滅していた」です。産出しないという観察から、場所と保存条件を飛び越えて世界の結論を出しています。修正には、異なる地域の同時期の地層を比較し、産出の有無と調査条件を記録します。どの地点でも記録が乏しい場合は、結論を保留します。

練習: 5つの資料を読む

以下はすべて学習用の条件です。各問の化石は、特に断らない限り再堆積していないものとします。数値は実測値ではありません。

逆転のない連続地層の下から順に、オルドビス紀、デボン紀、ペルム紀と判定された層があります。3つの紀を古い順に書き、古生代の全6紀の中でオルドビス紀とデボン紀の間に入る紀を1つ答えてください。
ある陸成層から植物化石が出ました。同じ地域の別の上位層から節足動物の化石が出ました。年代の独立した確認はなく、逆転の有無も不明です。どちらが先に堆積したか判定できるか、理由を添えて答えてください。
同じ方法で調べた海成の下層から6分類群、上層からそのうち3分類群が見つかりました。下層の分類群のうち上層にも見つかった割合を百分率の整数で答え、それが絶滅率と同じか説明してください。
ある層から古い時代の化石片と、その層の堆積時期を示す別の証拠が得られました。化石片は丸く摩耗し、周囲には古い岩石の礫が含まれます。考えられる過程を1つ挙げ、その化石片の年代を地層の堆積年代と同一視できるか答えてください。
ある地点の上下2層について、下層の分類群数は8、上層は4でした。ただし上層の採集面積は下層より小さく、調査時間も短い条件です。グラフにすると上層の値が下がります。この差から世界的な大量絶滅を断定できるか、追加調査の方法を1つ添えて答えてください。

練習の答えと考え方

オルドビス紀、デボン紀、ペルム紀の順です。間に入るのはシルル紀です。全6紀をカンブリア紀から順に並べ直すと、オルドビス紀の次がシルル紀、その次がデボン紀となります。石炭紀はデボン紀とペルム紀の間です。
判定できません。見かけの上下関係はありますが、逆転の有無が不明なので、上位に見える層が必ず後に堆積したとは限りません。独立した年代資料や地層の上下を示す堆積構造を調べます。植物と節足動物の化石が別々に見つかったことも、最初の陸上進出の前後を決める根拠にはなりません。
3 / 6 × 100 = 50 %です。6分類群の50 %は3分類群なので、与えられた数に戻ります。残りが上層で見つからなくても、別の場所で生存していた可能性や保存されなかった可能性があるため、絶滅率とは同じにできません。
古い岩石が侵食され、化石片が運ばれて新しい堆積物に再堆積した可能性があります。この場合、化石片はそれを含む地層より古く、年代を同一視できません。摩耗と礫はこの可能性に合いますが、摩耗だけで過程を確定せず、地層の年代を示す独立の証拠と照らし合わせます。
断定できません。調査条件の差によって上層で見つかる数が少なくなった可能性が残ります。採集面積と時間をそろえて再調査し、年代を対応させた別地域の層も比べます。8から4への減少はこの資料の産出数の差としては読めますが、世界的な生物の数の変化を直接示しません。