ウォータールーファーム・ラガーシュテッテ

ウォータールー・ファームのラガーシュテッテは、南アフリカにあるファメニアン期のラガーシュテッテであり、極地に近いデボン紀の沿岸生態系の唯一知られている記録となっている。

ウォータールーファーム・ラガーシュテッテは、南アフリカ共和国東ケープ州マカンダ（旧グラハムズタウン）にある、約3億6千万年前のファメニアン期（デボン紀末期）の化石が豊富なウィットポート層（ウィッテベルク層群、ケープ超層群）の産地です。 ^{[ 1 ] [ 2 ]}発見される以前は、現在の南アフリカにおけるファメニアン期（デボン紀末期の絶滅を参照）の生命についてはほとんど知られていませんでした。これは主に、ウィットポート層の化石が一般的に黒色の嫌気性堆積メタシェール中に存在し、地表近くで急速に劣化するため、自然の露頭で見られることはまれであるという事実によるものです。^{[ 3 ] [ 4 ]}他の多くの科学的発見と同様に、ウォータールーファームの発見は偶然のものでした。^{[ 5 ]}

1980年代半ばまでに、南アフリカのアパルトヘイト制度に対する蜂起は、特に「タウンシップ」（指定された黒人居住地域）で暴力的な抗議活動へとエスカレートした。それ以前は、工業港であるポートエリザベス（現在のグケベラ）とイーストロンドンを結ぶ主要道路であるN2号線が、当時のグラハムズタウンとそのタウンシップを通っていた。^{[ 5 ]} 1985年までに、抗議活動と自動車への投石により、タウンシップを通行することが危険になった。^{[ 5 ]}その結果、地方自治体はタウンシップを迂回する新しい道路の建設を提案した。^{[ 5 ]}選択肢が限られていたため、バイパスは当時のグラハムズタウンの南にある谷間の田園地帯を通って建設されることが決定された。^{[ 5 ]}これには、リートベルクの丘や支脈を貫通する広範囲にわたる道路の切り通しの掘削と、その結果生じた瓦礫を利用して、間の谷に高架橋を建設することが含まれていました。^{[ 5 ]}道路のために土地が収用された小さな農場の中には、ローズ大学の植物学教授ロイ・ルブケが所有するウォータールー農場があり、切り通しの1つが農場の庭をほぼ横切っていました。^{[ 5 ]}ロイ・ルブケが午後に開催したブライ（バーベキュー）で、同僚のマーク・エイケン博士が切り通しの頂上まで歩いて行き、斜面を覗き込みました。彼は同僚のところに戻って、乱された黒色頁岩の中に植物の化石があることを伝えました。ロイ・ルブケはこのことを昆虫学者のフレッド・ゲス博士に伝え、ゲス博士は息子のロバート・ゲスにその情報を伝えました。ロバート・ゲスは東ケープの化石に強い関心を持っていたため、すぐに道路工事現場へ向かい、そこで化石の他に類を見ないほど良好な保存状態に感銘を受けた。指導教官であり、ロードス大学地質学科のノートン・ヒラー博士の励ましを受けて、ゲスは化石の収集を始めた。^{[ 5 ]} 1991年、ヒラー博士の優等生であるフィオナ・テイラーは、堆積物の地質学的背景に関する短い研究を行い、ゲスのコレクションの一部を含む化石に関する予備的なメモも発表した。ゲスとテイラーによる短い共同発掘調査中に、大型の装甲魚（板皮類）の化石を含むさらに多くの資料が発見され、後にアフリカで唯一知られているボトリオレピス属の種であることが確認された。テイラーの堆積学的研究は、「1992年に出版された「後期デボン紀の海岸線の変化：グラハムズタウン地域のウィッテベルク層群の層序分析」 （ヒラーとテイラー）。 ^{[ 3 ]} 1993年、ヒラーはロバート・ゲスを雇い、徹底的な古生物学的調査を実施させ、ゲスの発掘はヒラー博士の移住後も1995年まで続いた。この段階の研究は多数の論文を生み出し、それが彼の修士号の主題となった。^{[ 5 ] [ 4 ]}

1990年代半ばまでに、地層の傾斜方向が道路に向かっていたため、道路の切土が頻繁に崩落するようになった。^{[ 5 ]}このため、安全上の理由から、片側車線がほぼ恒久的に閉鎖されることになった。^{[ 5 ]} 1990年代半ばに鋼鉄製の防護柵で状況を改善しようと試みたものの失敗に終わった後、新たに設立された南アフリカ国道庁（SANRAL）は、道路の改良工事の入札を公告した。^{[ 5 ]}この頃には、ロバート・ゲスは発掘調査のための資金確保に苦労していたため、これは彼にとって好機となった。^{[ 5 ]} 1999年9月、マカンダから45km離れたバサーストに居を構えていたゲスは、ジェファーズ・アンド・グリーン（現在はJGアフリカとして知られる）のコンサルティングエンジニアのグループが、切土の切り戻しと安定化の入札を落札したことを知った。^{[ 5 ]}彼はすぐに会社とSANRALに連絡を取り、現場の機密性について知らせた。^{[ 5 ]} SANRALはゲスが科学研究のために頁岩の一部を救出するための資金を提供した。^{[ 5 ]}これはゲスと彼の指揮下のチームによってブロック状に手作業で採掘され、その後、平床トラックでバサーストにある彼の所有地に運ばれた。^{[ 5 ]}ゲスは、頁岩が風雨にさらされると急速に劣化するのを防ぐために、サンプルの上に小屋の屋根を建てた。^{[ 5 ]}その後の発見のほとんどは、救出されたこれらのブロックを綿密に発掘することによってなされ、現在もなされている。^{[ 5 ]} 2007年と2008年のさらなる道路工事中に同様のプロセスが行われ、SANRALによって建設された小屋に保管されている、さらに多くの化石を含むブロックが得られた。^{[ 5 ]}

これらの化石は、アルバニー博物館のデボン紀研究室（マカンダ（旧リニまたはグラハムズタウン）のボーフォート通り87番地）にあるデボン紀生態系プロジェクト（ミレニアム・トラストと南アフリカ古生物学センターの資金提供による）によって保管され、研究されています。これらの化石は、ロブ・ゲス博士とその共同研究者による広範な研究の材料となり、重要な論文が継続的に発表されています。^{[ 1 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

ウォータールー・ファームは、高緯度（極地に近い）沿岸生態系の唯一の記録を提供する世界的に重要な遺跡であり、デボン紀末期の高緯度環境に関する多くの仮説を覆しました。^{[ 9 ] [ 1 ] [ 7 ]}以前は、サハラ以南のアフリカ、南アメリカ、南極大陸からのわずかな証拠から、研究者たちは、高緯度環境では陸上の植生が広範囲に及ぶことや脊椎動物の多様性が高いことは不可能であり、例えばデボン紀の四足動物は熱帯環境でのみ生息していたと考えていました。^{[ 10 ]}ウォータールー・ファームは、アルカエオプテリスの木を含む多様な植生に覆われた隣接する陸上生息地、多様な汽水域の脊椎動物相^{[ 1 ]}、そして唯一知られている非熱帯のデボン紀の四足動物の証拠を提供し、こうした考えを完全に覆しました。^{[ 9 ]}ウォータールー ファームの軟組織の保存状態はファメニアン期の河口としては他に類を見ないほど良好で、汽水から海洋性環境へと段階的に変化する河口生態系全体を復元することが可能であり^、繊細な水草^{[ 11 ] 、無}脊椎動物^{[ 12 ]}、多様な脊椎動物^{[ 13 ] [ 9 ]ウォータールー ファームからはこれまでに 25 種の生物が診断されており、その他多くの種が暫定的に同定されている。しかし、デボン紀生態系}  プロジェクトの膨大なコレクションには 50 種を超える生物が含まれていると考えられている。これらを合わせると、デボン紀の四足動物化石産地としては最も包括的に研究されている。この場所の独特な軟組織の保存状態から得られた知見は、進化生物学にも大きく貢献しており、例えば、脊椎動物の起源に関する長年の主要な見解を覆した古代ヤツメウナギ ( Priscomyzon riniensis ) の成長系列などが挙げられる。^{[ 7 ]}

東ケープ州のウィットポート層の黒色頁岩は、組成に周期的な変化を示すことが多く、これはおそらく（季節的な）水の塩分濃度の変動を反映していると考えられる。河口湖内の水の成層化は、底層水の無酸素状態を頻繁に引き起こし、その結果、非常に良好な保存状態が実現した。^{[ 14 ]}

ウィットポート層の堆積物は、石炭紀を通じて盆地の沈降が続いたため深く埋没し、その後、ペルム紀の大規模なケープ褶曲帯造山運動中に変成しました。^{[ 15 ]}数億年にわたる侵食と隆起により、ウォータールーファーム頁岩は地表近くまで戻ってきました。1985年、マカンダ/グラハムズタウンの南にあるバイパス道路の建設中に、新しい道路の切り通しで露出しました。1990年代には現地での発掘調査が行われましたが、道路の切り通しが不安定だったため、1999年と2008年に切り戻されました。どちらの場合も大量の頁岩が救出され、継続的な発掘が可能になりました。数十年にわたる研究により、現在のサハラ以南のアフリカ、南アメリカ、西南極を含むゴンドワナ地域の南部であった場所から、最も重要な後期デボン紀の化石産地が明らかになりました。^{[ 16 ]} 元々の細かい黒泥は酸素が非常に少なかったため、その中に急速に埋もれた植物や動物は、柔らかい部分の痕跡を残すことがありました。これは、通常、骨、歯、その他の硬い部分しか保存されない化石記録では極めてまれなことです。例外的に、記録されているのは、繊細な水草や海藻から小さな二枚貝、稚魚、そして大きな魚の骨まで、河口生態系全体の残骸です。近くに生えていた陸上植物も、小さな下草種の残骸から最も初期の樹木の葉まで保存されています。^{[ 17 ]}

ウォータールー・ファームからは、科学的に新種とされる20種以上が命名されており、これは頁岩に保存されている化石から示される分類群の総数の約3分の1に相当すると考えられます。分類群には、アフリカで知られている最古の四足動物であり、熱帯地域以外で知られている唯一のデボン紀の四足動物である四足動物のTutusius umlamboとUmzantsia amazana ^{[ 18 ]}が含まれます。ウォータールー・ファームで最初に記載された化石は、サハラ以南のアフリカで最古の木本植物（Archaeopteris notosaria）の化石です。ウォータールー・ファームからは、ゴンドワナ大陸最古の陸生動物（サソリGondwanascorpio emzantsiensis）^{[ 19 ]} 、世界最古のヤツメウナギの化石（Priscomyzon riniensis）^{[ 20 ]} 、世界最古のシーラカンスの繁殖地から発見されたアフリカ最古のシーラカンス（Serenichthys kowiensis）^{[ 21 ]などの化石も発見されている。}

その他に紹介されている生物種には、数種の板皮類（甲殻類）魚類、棘鰭類（棘魚類）、サメ類、条鰭類（条鰭類）、様々な肉鰭類、二枚貝類、海藻類、シャジクモ類、そして多様な植物類が含まれる。