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 34億年前の地球最古の化石
 地球最古化石が見つかった。場所はオーストラリアのピルバラ地方である。この場所には、34億年前の地層があり、2002年ごろから、生物の化石を発見したという報告があった。しかし、一部の専門家から岩石が鉱化した跡にすぎないのではないかとの意見が出され、10年近く議論が続いていた。

 化石は一見すると微生物の形をしており、素人目には生物だと判断してしまいがちだが、それだけではいけないらしい。偶然できた模様であるという反論があった。そこで、今回は3つの証拠を発見し、それを論文に記した。8月21日の英科学誌「ネイチャージオサイエンス(Nature Geoscience)」に掲載された。

 発見したのは、ウエスタンオーストラリア大(University of Western Australia)と英オックスフォード大(Oxford University)の研究チーム。この微化石は、石英砂粒から発見された。ピルバラ地方には、地球がまだ水の惑星で、海水が風呂のお湯ほどの温かさだったと考えられている、今から34億年前の始生代(Archean Eon)の地層がある。

Pilbara region

 研究チームがピルバラ地方で採取した微化石を、電子顕微鏡を使う最新の手法と分光技術を用いて調べたところ、これまで見つかったなかで最古の化石であることを3重の証拠で確認したと発表した。

 研究チームによると、この太古の細菌は硫黄化合物を食べて生きていたとみられる。化石のサイズはわずか10マイクロメートル程度。だがその化石は細菌の細胞の形状をしており、さらに鉄と硫黄の化合物、黄鉄鉱(パイライト)の微細な結晶も発見された。これは、生物が硫黄などを代謝したことによる副産物であることは明らかだと研究チームは述べた。

 硫黄を食べる微生物は現在でも悪臭を放つ水路や土壌などに生息しており、海底熱水鉱床に生息するものは「極限性微生物」として知られている。

 オックスフォード大のマーティン・ブレーザー(Martin Brasier)教授は「ついに34億年前の生命の動かぬ証拠を手に入れた。当時バクテリアが酸素なしで生きていたことを示している」と声明を発表した。「これらの生命が火星に存在するだろうか?ありえるだろう」と述べた。(2011年08月22日 AFPnews) 

 最初の生命は、いつ頃誕生したか?
 生命がいつ誕生したについては諸説あるが、グリーンランドのイスア地方では、38億年前(先カンブリア時代)の堆積岩中に生命に由来するものと思われる炭素の層が見つかっている。また、保存状態が良好な34億6,000万年前以前のバクテリアと思われる化石がオーストラリアのピルバラで過去に発見されている。

 さらに、同じピルバラで、最も古い生命体とされる、メタン生成菌が約35億年前に存在していたことを示す証拠を、東京工業大学の上野雄一郎助手(地球科学)らが発見しており、2006年10月23日、英科学誌ネイチャーに発表されている。

 メタンガスは、二酸化炭素の約20倍の温暖化効果があり、太古代(25億年以前)に地球の寒冷な気候を緩和し生物が暮らしやすい環境を作ることに貢献していたと考えられる。

 上野助手らは、西オーストラリア・ピルバラの約35億年前の古い地層で、石英に閉じ込められていた気泡の中に生物が作ったメタンがあることを突き止めた。

 この石英は、熱水が岩盤を上昇し海底に達した時に溶けていた成分が結晶化してできた。炭素には原子量が12と13の2種類があり、生物は軽い12を取り込みやすいため、炭素と水素でできているメタンの炭素を調べると生物が作ったものかどうかがわかる。メタンは海底の熱水中の菌が作ったらしい。

 生命の最も古い痕跡は約38億年前のグリーンランドの堆積(たいせき)岩のものだが、どのような生物が作ったのかわかっていない。上野助手は「昔の地球がどのような気候だったのか考える手がかりになる」と話している。(読売新聞)

 地球誕生と生命誕生
 生命が地球で誕生したか、宇宙から飛来したかについてもまだ議論の続いている問題である。ここでは、現時点で、地球はいつ頃から存在し、いつ頃生命が存在したと考えられているのかを述べてみたい。まず、地球誕生~生命誕生までを振り返ってみたい。
 46億年前: 地球誕生。太陽系の隕石や月の岩石の生成年代から、この頃、原始地球が形成されたと考えられている。月の形成時期も、45億5000万年前とされる。

 地球が誕生して間もない45億5000万年前から44億5000年前のマントルに由来する溶岩が、カナダ・バフィン島とグリーンランド西部で見つかったと、米カーネギー研究所の研究チームが2010年8月『ネイチャー』に発表している。

 地球大気の歴史については、確証は得られていないが、以下のようなことが考えられている。地球が誕生した46億年前頃の原始大気は、主にヘリウムと水素からなり、高温高圧だった。これは現在の太陽の大気と似た成分である。これらの軽い成分は、原始太陽の強力な太陽風によって数千万年のうちにほとんどが吹き飛ばされてしまったと考えられている。

 やがて、太陽風は太陽の成長とともに次第に弱くなってくる。この頃には、地表の温度が低下したことで地殻ができ、地殻上で多くの火山が盛んに噴火を繰り返していた。この噴火にともなって、二酸化炭素とアンモニアが大量に放出された。水蒸気と多少の窒素も含まれていたが、酸素は存在しなかった。この原始大気は二酸化炭素が大半を占め、微量成分として一酸化炭素、窒素、水蒸気などを含む、現在の金星の大気に近いものであったと考えられている。100気圧程度と濃く、高濃度の二酸化炭素が存在した。地球が十分に冷却されていなかった時期の原始大気には大量の水蒸気が含まれていたと考えられる。

 44億年前: 現在、知られている最古の岩石鉱物が現れる。西オーストラリア州のジャック・ヒルで発見されたジルコン粒子のうち最古の物(44億400万±800万年前)。

 40億年前: 原始海洋ができた。花崗岩(カナダ北部のアカスタ片麻岩)ができた。プレートができた。古い変成岩に含まれる堆積岩の痕跡などから、43~40億年前頃に海洋が誕生したとみられる。この海洋は、原始大気に含まれていた水蒸気が、火山からの過剰な噴出と温度低下によって凝結して、雨として降り注いで形成されたものであった。初期の海洋は、原始大気に含まれていた亜硫酸や塩酸を溶かしこんでいたため酸性であったが、陸地にある金属イオンが雨とともに流れ込んである程度中和されたと考えられている。

 ある程度中和されると二酸化炭素が溶解できるようになるため、大量の二酸化炭素を吸収していった。地球全体は還元的な雰囲気下にあり、鉄は2価鉄のイオンとして溶解していた。水蒸気が紫外線を受けて光分解することで酸素が生成されてはいたが、2価鉄が3価鉄への酸化により発生した酸素がすぐに吸収されたため、大気中にはほとんど残らなかった。

 40億年前(±2億年): この頃、原始生命が誕生したと考えられている。 

 生命誕生からオゾン層形成まで
 次に生命誕生から、地球に酸素が増えてオゾン層ができるまでを振り返る。

 38億年前: 現在、知られている最古の堆積岩が現れる。 グリーンランドのイスア地方(約38億年前)など。堆積作用があったことから、この頃には海が存在していたと考えられている。

 38億年前(±3億年): 真正細菌(バクテリア)と古細菌(アーキア)の出現。 共通祖先に近い原始的な生物は好熱性を示すものが多く見られる。例えば、真正細菌の根に一番近いのは超好熱性水素細菌である。古細菌でも根に近いものは好熱性のものに占められている。

 35億年前: 地球上での最古の化石(西オーストラリア・ピルパラ地域からのバクテリアの化石)

 32億年前: 光合成をする生物が現れる。藍藻(シアノバクテリア)。 ストロマトライトとして痕跡を残した。ストロマトライトは藍藻(シアノバクテリア)の活動で形成された岩石。また、これよりも古い時代とする説もある。遅くとも32億年前までには光合成をする生物が現れ、海中に酸素を供給しはじめた。二酸化炭素光合成を行う生物が誕生すると、それらは二酸化炭素を酸素に変換するようになる。

 さらに、二酸化炭素が生物の体内に有機物として蓄積されるようになり(炭素固定)、長い時間をかけて過剰な炭素は化石燃料、生物の殻からできる石灰岩などの堆積岩といった形で固定される。

 27億年前: シアノバクテリアが大量発生。この頃のシアノバクテリアの化石が大量に見つかっている。酸素の供給量が増加。

 25億年前: 縞状鉄鉱層が形成される。 シアノバクテリアの活動で海中の酸素量が増加し、海中の2価の鉄イオンが3価鉄に酸化して沈殿したため形成される。縞状鉄鉱層の形成がおよそ19億年前まで続き、これ以後は形成されなくなる。
 24億~22億年前: 現在分かっている最古の氷期。(ヒューロニアン氷期)

 20数億年前: 大気中の酸素の増加。酸素は初期の生物の大量絶滅と酸素を効果的に利用した生物のさらなる進化を導いた。 海中の鉄イオン濃度が低下し、海中の鉄イオンが酸化し尽くされると縞状鉄鉱層の形成も停止し、余剰となった海中の酸素が大気中にも多く供給されるようになった。

 大気中の酸素は紫外線と反応しオゾンをつくった。酸素濃度が低かったころは地表にまで及んでいたオゾン層は、濃度の上昇とともに高度が高くなり現在と同じ成層圏まで移動した。これにより地表に到達するDNAを破壊する有害な紫外線が減少し、生物が陸上にあがる環境が整えられた。

 真核生物の誕生から、カンブリア爆発まで
 21億年前(±6億年): ミトコンドリア、葉緑体、中心体等に相当する生物と共生した真核生物の出現。
 20億年前: 現存する最古かつ最大の小惑星衝突 (フレデフォート・ドーム)

 20億~19億年前:  最初の超大陸(ヌーナ大陸)出現か? 大陸移動説によれば、大陸は数億年程度の周期で離散集合を繰り返していると考えられ、この頃、ヌーナ大陸と名づけられた超大陸が出現したと考えられている。

 約10億〜7億年前: ロディニア大陸誕生。

 10億~6億年前: この頃、多細胞生物が出現したと考えられている。多細胞生物は原口 (生物学)の獲得により強力な捕食能を有するに至った。

 8億5000万年前頃: この頃の1年は約435日。ストロマトライトからの計測結果による。 (ジャイアント・インパクト説)

 8億~6億年前: 大規模な氷河時代であったとされる。雪球地球(スノーボールアース)仮説。スノーボールアースの地理的な隔離の間、どのように捕食するか、どのように捕食から逃れるかの観点から多細胞生物は多様性を形成し、これがエディアカラ生物群やバージェス動物群のような多様性を形成し、スノーボールアース終結からカンブリア爆発まで、少なくとも3200万年も経過していることから、その間、全地球的な捕食と被捕食の生存競争が存在したと考えられる。

 6億~5億5000万前:エディアカラ生物群。大型の軟体性の生物群であるエディアカラ生物群は、地球全体が氷に覆われていた時期(スノーボールアース)の直後に出現し、その大部分がカンブリア紀の始まる前に絶滅した。バージェス動物群に見られるアノマロカリスやオパビニアなどの大型捕食動物の出現とともに、カンブリア爆発の際には堅い外骨格をまとった動物が多く見られるようになった。エディアカラ生物群は、新たなに出現した捕食動物に食い尽くされて絶滅したとも言われている。

 約6億年前: ゴンドワナ大陸がロディニア大陸から分裂

 約5億4200万年前~5億3000万年前の間: カンブリア爆発と呼ばれる生物の多様化が起こる。突如として脊椎動物をはじめとする今日見られる動物界のほとんどの門 (分類学) が出そろった現象である。短期間(約1000万年の間)に生物の種類を多く増やした。この頃から多くの化石が発見されるようになる。 このころより、恐竜が出現する中生代までを、古生代(約5億7000万〜約2億5000万年前)とよぶ。

参考HP Wikipedia 地球史年表

ミクロな化石、地球を語る ~微化石に刻まれた絶滅と再生~ (知りたい!サイエンス)
クリエーター情報なし
技術評論社
微化石の科学
クリエーター情報なし
朝倉書店

 

 

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