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最初の生物はどこで生まれたか

2011年08月19日 18:02


酸素の生成と生命の揺りかご

ストロマトライトという原始的な生物をご存知であろうか?30億年前に地球上に出現し光合成を開始して酸素を作り出すようになった藍藻で層を成して集団を作っている。このストロマトライトは古カンブリア期に大繁殖して地球上に酸素が満ち溢れるようになり、生物進化の元になった。そのストロマトライトが西オーストラリアで未だに生息しているという。オーストラリアは大型肉食獣がいなかったおかげで原始的な生物が今も生き残っている。30億年を永々と生きている生命の起源に近い原始的な生物だが進化のきっかけを作ったストロマトライトを見に行きたいという長い間の欲求があるが、オーストラリアでも交通の便の悪いところにあるため、今でもあまり人を寄せつけない。当然行けてない。

生命が誕生したのは酸性できつい硫黄の匂いを発散する地獄の釜のようなとこらったらしい。しかも原始大気には殆ど酸素は含まれていなかった。最初の生命の誕生は現在地球上に生息するほとんどの動植物にとって有害なものばかりでできていた。最初の細胞はどこで誕生したのか。その場所は硫化物を含む熱水の噴き出し口付近ではないかと考えられている。例えばTVで海底の火山の熱水の噴出口の周りに多数の硫黄細菌が生息し、それを出発点とする食物連鎖が形成され、大量の原始的生物が群がっている。丁度そのような場所であろう。そこでの基本的なエネルギー放出反応は天然に広く存在する黄鉄鉱(FeS2)の生成反応と同じであったらしい。つまりFeS + H2S = FeS2 + 2H + 2eである。この反応で放出されるエネルギーを利用すれば、生命にとって不可欠な炭素化合物を作るために二酸化炭素を分解して炭素を作り出す事が出来る。さらにそのような場所は膜様構造の形成にも好都合であったという。黄鉄鉱と熱水が出会う場所で細胞膜に似た構造の自己組織化がおこった。その後登場する脂質を含む本格的な細胞膜はこれを鋳型にして形成されたのかもしれない。
ギラギラと火色に輝く世界の次にやって来たのは光合成色素の色、緑色の世界だった。光が差し込み光合成生物が生きられる場所は全て緑色に変わった。この奇跡を呼び起こした最初の立役者はシアノバクテリア(藍藻)である。当時の大気は二酸化炭素に富み、生物の成育に必要なリンなどの元素も豊富にあった。そして一個一個の細胞が小さな小さな酸素の泡をプクプクと吐きだし始めた。何十億個もの細胞が層をなしてひしめき合い、酸素の泡を水中に放出する。生成された酸素はできた端からどんどんと環境に吸収されて行った。石灰岩は炭酸カルシウムという形で酸素を捕まえた。鉱物の酸化が起こり、酸素は鉄鉱石やさびの中に閉じ込められた。原始大気の組成は今日のそれとは全く異なり、現在の地球上に生息する生物のほとんどに有害であった。しかし莫大な数の小さな細菌が光合成の結果作り出す酸素がじわじわと増え、一方で二酸化炭素は減少した。
明らかに生物が関与した事が分かっている構造物は少しばかりネバネバしたあるいはぬるぬるした膜だった。微生物の群衆からなるそれは、堆積物を覆う薄い皮膜である。これが生命のゆりかごなのである。それらは現在でも熱帯地方の塩辛い浅瀬で見る事が出来る。そのマットを作っている小さな細菌こそ、地球上で最も成功した生き物の藍藻である。
マットの一番上の層は光合成をする糸状や球状の藍藻が絡み合って膜を形成している。酸素はここから放出される。この表面の膜の下には殆ど酸素は存在せず、酸素の無い場所での増殖適した嫌気性細菌が取って代わり、藍藻の死骸を一部食糧にし、食物連鎖を形成している。マットは古い層の上に新たなバクテリアの膜が形成される事で成長する。マットの中に泥も取り込まれ、生命力と泥の混合物として存在する。マットは一層ごとに1、2ミリずつ厚さを増し、ドームを縦に切ると断面は細かい縞模様に見える。これらはストロマトライトと呼ばれ30億年前から存在して来た。

ダウイーンは種の起原で「カンブリア系よりも古い初期の時代に堆積したと思われる地層からは化石を含む層が何故発見されないのか、満足のいく答えを持ち合わせていない」と述べている。ストロマライトを作っている細胞はデリケートな微小なバクテリアで容易に保存されない。ストロマライトを作った光合成細菌の化石が発見されたのは、岩石の薄片標本の中だった。バクテリアのマットがシリカの堆積層に埋もれたおかげで、糸状あるいは球状をした細胞がタイムカプセルに閉じ込められ現在に伝わった。
さらに驚くべき事に、現在も成長を続けているストロマライトが発見されたのだ。それは西オーストラリア州のシャーク湾だった。高さ50センチ程の炭酸カルシウム(石灰岩)が層状化した塚のような円柱が海中から無数顔を出している。オーストラリアは今なお原始的な生物が数多く残存している。更に、もっと複雑な細胞が初めて出現したのはぬめぬめした藍藻マットの中だった。新たに誕生した細胞は内部に独特の構造体を含んでいた。特筆すべきは内部に遺伝情報をもつ細胞核の出現であろう。これまでのバクテリアは全て核を持たない種類のものだった。彼らは原核生物と呼ばれ、分割や分裂で自分自身のコピーを作り出す。ストロマライトのような大きな構造物を作り上げることはできても、個々の細胞の多くは、直径わずか数千分の一ミリ程度の大きさである。一方、核をもつ真核細胞はもっと複雑でその何倍も大きい。大きな細胞の中にはミトコンドリアや葉緑体などの細胞小器官という膜に囲まれた小構造体が出現している。このようにしてストロマトライトの中で生物は進化し、核を始め細胞内小器官を獲得し、更には細胞間接着物質をも作り出して多細胞生物へと急激な進化を遂げる事になる。その原型がストロマトライトである。

参考文献 LIFE An Unauthorized Biography by Richard Fortey
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