干潮時の浅いラグーン。地平線に高い火山丘がそびえ立っています。山々は、溶岩と海水の出会いによって生じる灰雲と水蒸気に覆われています。ラグーン自体には、灰色の泥の広い平原があり、いくつかの小川が海に向かって曲がりくねっています。ところどころに、浅い塩分を含んだ潮だまりが太陽の光を受けて輝いています。
35億年前の始生代の暗い光景 – 若い地球が混沌とした幼少期から抜け出したばかりの頃。 「地獄の時代だ」とブレーメン国際大学のマイケル・バウ教授は言う。
火山は溶岩、火山灰、有毒ガスを噴出します。大気中には酸素がありません。若い地球に隕石が繰り返し衝突する。 「この時期の海は、温度が摂氏50度を超え、塩分濃度が非常に高く、おいしくないスープでもあります」と地球化学者は言う。水には酸素は含まれていませんが、鉄、マンガン、重金属が多く含まれています。
それでも、古風なラグーンには生命があふれています。微視的ではありますが、さまざまな条件に適応する複雑な生態系をすでに形成しています。そして、それは目に見える痕跡を残します。潮間帯の石は、何百万もの微生物からなるバイオフィルムである粘液の滑りやすい層で覆われています。さらに数メートル進むと、他の細菌群集が花輪のような構造を形成し、海底に沿って数メートルにわたって広がります。より深い水域では、卵パックや逆さまのアイスクリームコーンに似た構造物が海底にしがみついています。
海岸沿いの堆積物は火山岩に埋もれ、何百万年もかけて赤茶色の石英岩に変わりました。現在はオーストラリア北西部の人里離れたピルバラ地域で発見されています。内部に残っている細菌群集は、おそらく世界最古の化石です。
化石化した花輪、アイスクリームコーン、卵パックはすべて厚さ数ミリメートルの層で構成されており、シドニーのマッコーリー大学のアビゲイル・オールウッド率いる研究チームが最近自然誌で主張したように、これらは生き物によってのみ作成された可能性があると主張した。 。これらの構造はストロマトライトと呼ばれ、大まかに訳すと「絨毯の岩」となります。ストロマトライトは現在でも散発的に発生しており、主に塩湖や塩分濃度の高い湾で発生しています。浅瀬で以前に形成された石灰粒は細菌の膜に付着したままです。徐々に層が現れてきます。
これまで、ピルバラ地域のストロマトライトが生物起源であるかどうかについては疑問がありました。オールウッドと彼女の同僚は現在、形状の多様性は無機プロセスでは説明できないと主張している。 「これらの生物は比較的正常な海洋条件下で生息し、繁栄したサンゴ礁生態系を形成した」と研究者は確信している。
ピルバラのストロマトライトのような目に見える化石は稀であるため、始生代における生命の探索は骨の折れる調査作業となります。 「地質学的アーカイブから生命の初期の歴史を再構築したい人は誰でも、不完全なパズルを完成させるという課題に直面している」と南デンマーク大学オーデンセの生物地球化学者ドン・キャンフィールドは不満を漏らす。 「いくつかの部分はぴったりと合いますが、多くは合わず、ほとんどが欠けています。」
パズルのより多くのピースを見つけるために、研究者は可能な限り変化していない始生代の岩石を常に探しています。これを行うのに最適な場所の 1 つは、ピルバラ地域です。 NASAが開始した「始生代生物圏掘削プログラム」と「ディープタイム掘削プログラム」の一環として、2003年と2004年に複数の研究チームが深さ1キロメートルまで合計13個の穴を掘削した。その目的は、地球上の生命の始まりを調査することだけではありませんでした。それはまた、他の惑星の生物の遺物を識別するために使用できる技術を開発することでもありました。 「宇宙生物学者は、たとえば火星の生命の痕跡を見つけるために、地球からの最高級のデータを必要とします」と、パースにある西オーストラリア大学のプロジェクトリーダー、アーサー・ヒックマンは説明する。
研究者らは、ドリルコア内で多数の生命の痕跡、たとえばいわゆるバイオマーカー、つまり何十億年もほとんど変化せずに生き残った弾力性のある分子を発見した。これらはホパノイド、つまり 4 つの炭素環で構成される安定した分子です。単細胞生物はこれを細胞壁の強化に利用します。最近ウィーンで開催された欧州地球科学連合の会合でNASA宇宙生物学研究所のローズ・グライムズ氏が報告した最初の分析は、始生代の多様な微生物群集を指摘している。
横浜にある東京工業大学の上野雄一郎らの研究者らは、当時地球上にどのような単細胞生物が生息していたのかを発見した。彼らはピルバラ火山岩に閉じ込められたメタンを分析し、微生物がガスを生成したことを発見した。彼らは海底1キロメートルの深さに生息し、現在では主に極限環境で見られる単細胞生物である古細菌に属していた。現代のメタン生成者は、たとえば湿地や反芻動物の消化管などに住んでいます。
現在も生きている他の種類の微生物も、当時は地球上を歩き回っていました。 「現代の嫌気性生態系の多くの構成要素を含む活発な生物圏が存在したと確信できます」とドン・キャンフィールド氏は言う。これらには、メタン生成生物に加えて、「呼吸」するために酸素の代わりに硫酸塩を必要とする硫酸塩還元剤も含まれていました。紫色細菌や緑色硫黄細菌もありました。これらの微生物は光合成を行いますが、酸素を生成しません。
最初の酸素生産者であるシアノバクテリアが 35 億年前にすでに生きていたかどうかは定かではありません。 「この時代のいくつかの岩石では、一部の同僚は化石化したシアノバクテリアであると信じている小さな構造物が発見されています」とマイケル・バウ氏は慎重に言う。 「しかし、それは議論の余地があります。同様の糸状の構造が無機的に発生することもあります。」現代のストロマトライトでは、シアノバクテリアが細菌群集の最上層を形成しており、この群集にはさまざまな生物のいくつかの層が含まれています。しかし、始生代のストロマトライトはそれほど複雑ではなく、形状の多様性も少ないため、異なる構造を持っていた可能性があります。 「いずれにせよ、大量の遊離酸素が24億年前に大気中に蓄積されただけであることには、ほとんど疑いの余地がありません」とマイケル・バウは言う。当時、現在の西オーストラリア州と南アフリカには、初めて巨大な大陸棚地帯が存在し、その浅瀬にストロマトライトが広がり、大量の酸素を生成しました。
地獄の始生代は約27億年前に終わったようだ。ペンシルバニア州立大学のジェニファー・アイゲンブロードとキャサリン・フリーマンは、当時最初の「酸素オアシス」が浅瀬に形成されたことを発見した。このガスはほとんどの始生代の微生物にとって有毒でしたが、一部の生物は酸素を使って呼吸できるようになりました。数億年後、彼らは世界を支配し始めました。 ■
ウテ・ケセ
