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Special Story

光合成 ─ 生きものが作ってきた地球環境

地球と生命 ─ 同じ時を経たダイナミックな存在
川上紳一×中村桂子

縞々模様から,地球の歴史を読み解く川上さん。DNA から生命の歴史を物語る生命誌。 地球から生物を探り,生物から地球を見る, 分野を超えた自然の研究に取り組んでいるうちに,互いに接する部分が見つかりました。 地球と生命の共進化。生命誌を取り囲む,地球誌,宇宙誌への広がりです。

地球と生命の歩み寄り

川上

オサムシ展示を見て,虫の歴史を追っていたら大陸移動と結びついてきた面白さを知り,地球の歴史を追っているうちに生物にも眼が向くようになった僕とちょうど反対向きで,ワクワクしました。

「呼吸よりも光合成が先にあったというのが意外です」

中村

当初は予測しない結果でしたが,地面の上にいる虫を調べれば地面がわかるのは当然ですよね。 学問が地学だ生物学だと分かれていただけなので,これからはどんどんつながっていくと思います。ところで,地球への関心はどういうところから始まったのですか。

川上

卒業研究で木星の衛星イオを扱ったのですが,小さな星ですから全体が対象になる。潮の満ち干は測地学,火山は火山学,天文学はハワイの望遠鏡観測で行ない,その断片的知識を総合して,イオとはどういう星かを考える研究でした。当時,地球研究はどんどん細かいことに向かっていたのですが,イオでは全部つながった。

中村

小さなイオだからこそできたのかもしれないけれど,地球でもできるはずだという感じをもたれた。

時間と空間の積層

川上

大学院では,惑星誕生のプロセスを知ろうと, 氷や岩石に玉をぶつけて壊す,天体衝突のシミュレーション実験をしました。イオの研究とこの実験から,地球について,その誕生から現在に向かうベクトルと,地層や化石を使って現在から過去に遡る研究をつないで,筋 が通る物語にしたいという目標が生まれました。

35億年,38億年前の古い岩石が採集されて使えるようになったのが幸いしました。それが生きものにつながったきっかけは,カナダのストロマトライトの縞々の石を見て,19 億年前にそれが実際に生きていた様子を知りたいと思ったこと。幸い日本の温泉に,それを知る手がかりがありました。

長野や岐阜の温泉に,光合成をするシアノバクテリアのマットがあって,温泉の石灰質と共に縞々の沈殿物を作っている。しかも,生物の層も縞を作っているのです。 表面は生産者である緑のシアノバクテリア,1枚めくると オレンジのバクテリアが漏れた光を使って生きていて,その下にはまた違ったのがいて,一番下に分解者。微生物生態系の層構造がありました。

地球環境を大きく変えた光合成が行なわれる場,葉緑体を表した作品の前で。

中村

その場合,空間的層構造が同時に時間的層構造としても読み解けるのですね。「縞々学」は,自然界の層構造から空間と時間のつながりの物語を読んでいくわけでしょう。

川上

そうです。時間にも一日,一年のリズムから,数万年,数億年の長期間のサイクルがあり,さまざまな周期の重なりが見えてきます。

中村

生命誌の場合,ゲノムに層構造を見ていきます。進化に始まり,個体の一生,生体のもつ周期など,複数の時間軸があります。複数の時間を組み込むから「誌」なのですが,現代社会はこういう時間を意識していません。これからの生き方に提案したい視点です。

地球と生命の大事件

中村

生命誌の中で,エポック・メイキングな事件は,生命の誕生,人間の誕生などいろいろありますが,最大は真核生物の誕生だと思います。そこから多細胞生物が生まれ,人間も生まれた。そのポテンシャルは,最初の真核細胞にあったのです。現実にわれわれはそこから出ている。原核細胞の共生の結果,真核細胞が生まれたことを考えると,共に関係し合いながら生きて いく生物独特のシステムの原点でもありますし。

中村副館長

川上

地球の側から生物を見ると,やはり光合成が大きい転換ですね。地球環境を大きく変えました。それより前,まず地球が46億年前,火星の場所でも,金星の場所でもなく,ちょうど良い所に生まれたこと。次は,内部が分化し,マントルと核と地殻とに分かれて,水惑星だったけれど,そこから陸と海ができたこと。大陸はすでに44億年前にあったというのが,『Nature』最新号に出ていました。

中村

生命は38億年前に存在した証拠があるので,そこを誕生と言っていますが,その前にすでにいたかもしれません。触媒作用を受けやすい陸と海の境目は生命誕生に結びつきそうですし,大陸誕生と生命誕生の関係を考えると,大陸がそんなに早くからあったというのは面白いですね。

スノーボールと生きものの存続

 

川上

6億年前に地球がスノーボールになったという面白い仮説が,今盛り上がっています。地球全部を氷で覆ったら,太陽光をはね返して凍ったきりのはずなので,そんなことはないと気候学からは否定されてきたのですが。

川上紳一さん

中村

6億年前というとカンブリア紀のちょっと前,そんな時に地球上の赤道付近まで全部凍ったのですか。

川上

はい。ハーバード大学のポール・ホフマンという地質学者の説です。一緒にナミビアに調査に行き,6億年前の氷河堆積物を見たら,上に石灰岩が乗っているのです。石灰岩というと珊瑚礁のような環境ですから,北極が突然赤道太平洋になったような気候の激変がなければ説明できない。同様の氷河堆積物が世界各地にあるので,地球が雪だるまになったのだろうと考えられます。それが溶けるには,火山のガスから放出される CO2 が今の350倍くらい大気に溜まればよい。すると一気に温暖化してサウナ状態になり,CO2 は海に溶け込んで石灰岩に溜まる。だから,氷河堆積物の上に石灰岩が乗っているというわけ。でも数百万年間海が凍ったら,生物はどうなるのかというのが,今最大の問題です。

中村

池なら氷の下で金魚は生きていますけど, 100万年は……。

川上

深海底に熱水噴出孔がありますからね。

中村

カンブリア大爆発の少し前なので,多様化の準備はできています。深海の熱水鉱床で,ミネラルや死骸の有機物を使った安定生態系ができ,100万年くらいして暖かくなり,多様化し浅海域に上がったというイメージでしょうか。

川上

そうでないと,今,存続していないことになりますよね。生物の放散は何が引き金になるのですか。

中村

オサムシの研究からも,ゲノムに変化が蓄積し,新しいニッチが生まれた時に,実際に多様化する姿が見えています。このスノーボールを認めれば,カンブリア大爆発もこの環境の激変が引き金の可能性の一つと考えることもできますね。形態の多様化に必要なゲノムの多様化は9億年前にすでに起きていますから。

川上

地球誌と生命誌の関連から見て面白い地層といえば,兵庫県,京都北部や岐阜県,愛知県に,古生代の石炭紀から中生代ジュラ紀の堆積物があります。プレートの沈み込みでできた地層で,古生代末の大量絶滅時に溜まった層が,有機物に富んだ真っ黒い泥岩として入っている。P/T 境界といって,恐竜絶滅で有名なK/T境界の1つ前の地質時代の大境界です。

中村

そんな面白い所が日本にあるとは。残念ながら知られていませんね。どんな化石が出るのですか。

川上

2億5000万年前頃の放散虫という微化石やコノドント化石です。この時期にはフズリナやウミユリなど,海生無脊椎動物が9割方絶滅したのです。

中村

大事な絶滅の記録ですよね。そういう場所は日本だけですか。(注※)

川上

その時代の地層は,パキスタンやオーストリアなどヒマラヤからアルプスにかけてたくさんありますが,皆,浅い海の堆積物で,太平洋の真ん中のような深海底に溜まった地層は日本にしかありません。

地球と生命のエネルギー

中村

生命誌は,社会のありようや,人間が自然の一員としてどう生きるかという問いも含めて考えています。多様性と複数の時間を意識することは,一本線上で競争して,一歩でも速く行こうという考えから人々が抜け出し,生き方や社会の価値観を変える,大事な物差しですね。自然を見ていると,当たり前のことですけれど。

P/ T 境界で海洋が酸素欠乏状態になったことを示す暗黒色の地層。岐阜県鵜沼の木曽川河床。
(写真=白尾元理)

川上

地球温暖化を大変だと言う時も,尺度が非常に短い。地球の気候や環境は常に揺らいできたのです。 それをよく見てその中でうまく生きないと。今は,変動しないようコントロールしようとしている。

中村

CO2 濃度や温暖化を騒ぐより, この100年間の生き方,エネルギーの使い方を考え直さなければ。光合成は,地球環境をも変えた大きな力ですし,分散型で再生可能エネルギーをうまく使うのは21世紀のテーマだと思い,今回取りあげたのです。

川上

短いスケールで考えて,どんどんエスカレートしてきた感がありますが,21世紀の日本は,大量消費,エネルギー浪費ではなく,太陽の恵みや生物が使っている循環型のものをうまくコーディネートしたい。

中村

地球を埋蔵資源でしか見ていませんが,火山活動,潮の干満というダイナミズム,そのうえでの生物の活動を見ると,新しいことがたくさんできますでしょう。 その発想が,地球誌,生命誌から出ていくといいですね。 とくに日本は火山や地熱などのエネルギーにも富み,緑や水や光も充分にあるのですから。

川上

生命誌や地球誌が共通のベースとしてあれば,40億年の過去の経緯を理解したうえで,次にどうするべきかを考えられて面白いですよね。

(注※)

この対談後,この絶滅 は巨大隕石の衝突が原因 らしいというNASA (アメリカ航空宇宙局)などの 研究成果が『Science 』に 発表された。まだ追試が 必要な段階のようだが, こんな面白い場所,ぜひ 行ってみたいと思いませんか。

川上紳一(かわかみ・しんいち)

1956 年,長野県生まれ。岐阜大学教育学部理科教育(地学)助教 授。現在「生命と地球の共進化」に関するweb ページに取り組み 中。循環型社会のデザインへ向けて「千年持続学会」の設立を目 指し,小学生向けの天文教室開催や本の出版など理科教育にも力 を入れている。著書に『縞々学』(東京大学出版会,1995 ),『生命 と地球の共進化』(NHK ブックス,2000 )などがある。

※所属などはすべて季刊「生命誌」掲載当時の情報です。

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