化石とは？定義・形成過程・主要な種類をわかりやすく解説
化石とは何かを定義から形成過程、主要な種類まで図解と事例でわかりやすく解説—古生物学入門に最適。
化石とは、古代の生物の遺骸や痕跡のことです。化石には、植物や動物だけでなく、微小な原生生物の残骸も含まれます。
どこに見つかるか（産地）
動物、植物、原生生物の化石は一般に堆積岩中に保存されることが多く、川や海の底に堆積した泥や砂の中で長い時間をかけて化石化します。
化石の定義と特徴
典型的な化石では、もともとの形（形態）は保持されていることが多いですが、体を構成していた元の分子が炭酸カルシウム（CaCO3）やシリカ（SiO2）などの無機物に置き換わっている場合があります。そのため、化石を触ると岩石のように硬く感じられることが多いです。これは生物の遺骸が鉱物化され、いわゆる石化（文字通り岩になること）したためです。
形成過程（主なメカニズム）
- 置換（replacive mineralization）：有機組織が周囲の鉱物に徐々に置き換わる。たとえば殻のカルシウムが周囲の鉱物に置換されることがあります（上記のCaCO3やSiO2など）。
- 浸透（permineralization）：地下水に含まれるミネラルが組織の細孔に入り込み、内部から硬化させる。
- 鋳型・型（cast and mold）：生体の外形が周囲の堆積物に残り、後に元の有機体が分解して残った空間に鉱物が詰まることで形が保存される。
- 炭素化（carbonization）：葉や軟らかい組織が圧縮され、炭素の薄い膜として残ることがある（植物化石でよく見られる）。
- 痕跡化（trace fossils）：歩行の跡、巣穴、食痕など、生物の活動が地層に残ったもの。これらは実体の残骸ではなく痕跡として重要です（後述）。
また、化石とは、遠い昔の化石化した泥の中に残っている生物の痕跡や印象のこともあります。木の葉の葉脈や動物の足跡などの〈印象化石〉は、元の組織そのものが残っていなくても形や表面構造を伝えます。
どの生物が化石になりやすいか
よく化石化する生物もいれば、そうでない生物もいます。一般に、硬い部分（骨、歯、殻、外骨格など）を持つ生物は化石になりやすいです。最も一般的な化石は、硬い物質を生産する生物が残したものです。たとえば、アサリやカタツムリなどの軟体動物の硬い石灰質の殻や、現在では希少な三脚類（ランプシェルとしても知られている）の殻などがその例です。
これらの海棲貝類は、長い地質時代を通じて地球上に多くの化石性（つまり化石性）の石灰岩のカルキ質層を産出してきました。つまり、石灰質の堆積物が厚く保存された地域では貝の化石が豊富に見つかることが多いのです。
一方で、軟体生物や軟組織を持つ生物は通常化石になりにくいですが、酸素が少ない環境や急速に埋没した特殊な条件下では保存されることがあります。エディアカランの生物相はその良い例で、軟らかい体の印象が良好に残っています。
主要な化石の種類
- 体化石（body fossils）：骨や殻、歯など、生体の一部そのものが保存されたもの。
- 痕跡化石（trace fossils）：足跡（たとえば化石化した足跡）、巣穴、食痕など、生物の行動が地層に残ったもの。
- 植物化石：葉、幹、花粉や胞子など。炭層や頁岩中によく見られる。
- 微化石（microfossils）：有孔虫や珪藻、花粉など顕微鏡で観察する小さな化石。古環境や年代決定に重要です。
- 琥珀（こはく）包有体：樹脂が化石化して昆虫などが内部に閉じ込められたもの。軟組織が極めて良好に保存される。
保存に有利な環境と保存バイアス
化石の成立にはいくつかの条件が影響します。たとえば、急速な埋没や酸素の少ない環境は分解を遅らせるため保存に有利です。逆に、陸上で長時間露出した遺骸は分解や食害、風化で失われやすく、化石の記録には偏り（保存バイアス）が生じます。結果として、硬い殻や骨を持つ海生生物の化石が豊富に残る一方で、多くの軟体動物や軟組織を持つ生物は記録に乏しくなります。
化石の利用と古生物学
一般の人に最もよく知られている化石の一つは、先史時代の巨大な恐竜の化石です。これらの巨大な古代爬虫類の化石化した骨や化石化した足跡は、多くの自然史や博物館で公開されています。
地質学者や生物学者による化石の研究は、古生物学として知られています。古生物学の中でも、生物の生態や環境との関わりに焦点を当てる研究は特に重要であり、それらは現生生物の進化や地球環境の変遷を理解する手掛かりとなります。化石は、系統学、古生態学、地層学、年代測定（相対年代や放射年代）などと結びついて、地球史の再構築に貢献します。
最後に — 見つけ方と注意点
化石を探す際は、地域の法律や保護規定を守ることが重要です。出土地点の保存、公有地での採取禁止、学術的価値のある標本の扱いなど、ルールに従って行動してください。また、化石の鑑定や年代評価には専門家の知見が必要な場合が多く、見つけた化石は地元の博物館や大学に相談すると良いでしょう。
3つの小さなアンモナイトの化石、それぞれ約1.5cmの幅。
約4億4千4百万年前に生息していた三葉虫の化石
南米ボリビアの下部原生代のストロマトライト。シアノバクテリアによって産出された。磨き上げられた岩石の垂直方向のスライス
琥珀に閉じ込められた蚊とハエ
白亜紀上層最古のイナゴ化石、～9500万年前、ブラジル、サンタナ層群
特別保存場所
化石が驚くほど詳細に、あるいは大量に発見されている場所があります。古生物学者はそのような場所をドイツ語で「ラガーステッテン」と呼んでいます。ロサンゼルスのラ・ブレアのタール坑はそのような場所です。バイエルン州のソルンホーフェン石灰岩採石場もそうです。
化石の種類
貝殻や哺乳類のような大きな巨視的な化石は"マクロ化石"と呼ばれています。また、生物の化石のように見えて、化石ではない天然石を「擬化石」と呼びます。
化石の多くは生物の硬い部分から形成されていますが、先史時代の生活の間接的な痕跡もあります。例えば、ミミズの足跡や動物の足跡などがよく見られます。これらは痕跡化石として知られています。化石化した排泄物、糞、糞はコプロライトとして知られています。先史時代の生物の化学的痕跡はケモ化石と呼ばれる。先史時代の人々が作ったものを人工物と呼ぶ。
体の柔らかい動物の遺骸がなくなっても、印象やカビ、炭素の痕跡などが永久に残っていることがあります。そのため、特殊なケースでは、小型の柔らかい無脊椎動物の化石も存在しています。
乾燥（乾燥）、凍結、松脂などの結果として化石ができることもあります。ミイラ化した動物、氷で覆われた毛むくじゃらのマンモス、昆虫の入った琥珀などがその例です。
しかし、生きている化石は化石ではありません。むしろ、何百万年も前の先史時代の祖先に非常によく似た現代の生物です。イチョウの木、シーラカンス、カブトガニなどがその良い例です。
化石の早期発見
多くの前科学者は化石に気づいていたが、すべての人が化石を生物の遺物だと考えていたわけではない。彼の思想を記録に残した最初の人物は、おそらく古代ギリシャの哲学者ゼノファネス（紀元前570年頃～470年頃）であろう。
"貝殻は陸地の真ん中や山の上にある。シラクサの石切り場では魚や海藻の印象が、パロス島では石の深さにあるベイリーフの印象が、マルタ島では海の生物の扁平な形が発見されている。これらは、遠い昔、すべてのものが泥に覆われていて、泥の中で乾いたときに形成されたものだ」と彼は言う。ガスリー p387
これらの考えは17世紀のヨーロッパで再発見されました。オランダのニコラ・ステノやロンドンの王立協会のロバート・フックが化石について執筆したり、講演を行ったりしました。18世紀になると化石採集が始まり、地質学の本格的な考え方が進んでいきます。19世紀になると地質学は近代科学となり、化石は進化論の一端を担っています。
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質問と回答
Q:化石とは何ですか?
A:化石とは、古代の生物の遺骸や痕跡が鉱物化または石化したものです。骨、貝殻、外骨格、動物や微生物の石器、琥珀、髪の毛、石化した木、油、石炭、DNAの残骸などがあります。
Q: 化石はどのように形成されるのですか?
A: 化石は、古代の生物の体の形はそのままに、体を構成していた元の分子が、炭酸カルシウム（CaCO3）やシリカ（SiO2）などの無機物に置き換わったときにできます。
Q: 化石として最も一般的に発見されている生物はどのようなものですか?
A:軟体動物（アサリ、カタツムリ）や腕足類（ランプシェル）など、硬いものを作る生物が残した化石が最も一般的です。
Q:軟体動物が化石として発見された例はあるのですか?
A: はい。例えば、エディアカラ紀の生物相のように、軟体動物は特殊な状況で化石化することがあります。
Q:化石を研究する人は何を研究しているのですか?
A:化石を研究する人は古生物学者と呼ばれます。また、生物を生態学的な文脈でとらえる場合は古生物学と呼ばれます。
Q:化石の有名な例はあるのですか?
A:あります。一般に最もよく知られている化石は、先史時代の巨大な恐竜の化石で、その骨や足跡の化石は世界中の多くの博物館で見ることができます。
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