あの世 - カンブリア爆発

中国の古生物学者たちはその動物たちの勃興を説明したいと望んでいる

進化の謎の中で、最も深いものの一つは、カンブリア紀の初めに正確に何が起こったかだ。5.41億年前に始まって5,600万年間続いたその期間の前に、生命は控えめなものだった。バクテリアは約30億年そこにいたが、そのほとんどで彼らは地球をわがものとしていた。海藻、クラゲのような生き物、海綿動物、そして奇妙な虫が、カンブリア紀が始まる数百万年前に現れ始めた。しかし、先カンブリア紀は弱肉強食ではなかった。歯も爪も存在しなかったのだ。

それから、地質学的にはあっという間の2,000万年で、動物たちは力に到着した。その動物王国の主要な集団のほとんど、節足動物、椀足動物、腔腸動物、棘皮動物、軟体動物、そしてその枝から脊椎動物が発展し続けた脊索動物さえも、カンブリア紀の化石層から見つかる。この大型動物相の突然の進化は、カンブリア爆発として知られている。しかし、それが気づかれてから2世紀後、そこにちなんでカンブリア紀が名づけられたウェールズの山脈で、何がそれを爆発させたのか、誰も知らない。

南京地質古生物研究所の朱茂炎(Zhu Maoyan)に率いられた中国人科学者たちは、「雪だるまの地球からカンブリア爆発へ:6億年前の生命と環境の進化」と呼ばれる計画で、それを変えようと計画している。「雪だるまの地球」は7.25-5.41億年前の間に起こった一連の氷河期を参照する。これらは、最大時点では、地球の歴史において最も広大な氷河化の一つだ。それらは、現代の熱帯を冷たいと思わせる期間と互い違いだった。その惑星の平均気温は、時に50℃にもなった。超大陸がこの時期に分解したという事実を加えれば、混沌とした世界の絵が見える。進化を駆動したかもしれないもののようだ。朱博士とその同僚は、いかにこれらの環境変化が化石の記録の中の変化に対応するかを正確に見つけたいと思っている。
 

動物たちの謝肉祭

幸運なことに、この期間の中国の化石の記録は豊富だ。最近まで、唯一知られた先カンブリアの動物の化石は、エディアカラ動物群と呼ばれるものだった。それらは、オーストラリア、カナダ、そしてイングランドのミッドランドで見つかった少数の奇妙な生き物で、6.35-5.41億年前の間のエディアカラ紀に生き、そのあとに来たものにほとんど似ていない。しかしながら、1998年に、同じくその南京の研究所の陳均远(Chen Junyuan)に率いられたチームと、アメリカのバージニア工科大学の肖書海(Xiao Shunhai)に率いられた別のチームが、南部中国にわたって広がる陡山沱(Doushantuo)と呼ばれる地層の中に、化石が特によく保全されている場所である、5.8億年前のラーガーシュテッテを発見した

このラーガーシュテッテは、極小海綿動物、知られていない性質の管状組織、クラゲのように見えるがそうではないかもしれないもの、そして左右対称を示す様々な胚のようなものを含んだ、多くのかつては知られていなかった種を生み出している。これらの胚が成長しただろう物は知られていない。しかし、いくつかはカンブリア大動物相の先祖かもしれない。

これらの種の進化を環境の変化とつなげようとするために、中国科学院地質地球物理研究所の儲雪蕾(Chu Xuelei)と彼の同僚は、陡山沱岩の中の炭素同位体を見ている。彼らは、生物によって重い炭素同位体である炭素13よりも簡単に有機物に結び付けられるより軽い炭素12の割合が、エディアカラ紀の間の少なくとも3度増加したことを見つけた。彼らは、より多くの酸素は埋まった有機物のより多くの酸化を意味するだろうので、これらの増加が海水の中の酸素量が増えた瞬間を記録すると示唆する。それは、そのC13を解放し、岩の中に組み込まれるようにしただろう。

儲氏のそれぞれの酸化作用は、動物と植物の両方で、生物の大きさ、複雑さ、そして多様性を増すことに対応している。しかしながら、何が何の引き金を引いたのかははっきりしない。周りにより多くの藻類があったので、光合成の増加があったかもしれない。または、新しく形成された山脈からの侵食土壌が、そうでなければ酸素と反応しただろう有機物を埋め、ガスの増進につながったかもしれない。

酸素の最後で最もダイナミックな上昇は、エディアカラ紀の終わりに向かって起こった。朱博士による陡山沱層のほかの9つの場所での追跡研究は、この上昇が約5.6億年前の最後の先カンブリアの氷河期のすぐ後に始まり、900万年続いたことを示唆する。これらの時期は世界の他の場所の岩の中で見つかった酸化作用の兆候のそれと重なり、起こっていたことが何であれその惑星全体に曳航したことを確認する。朱博士は、この地球規模の環境変化が複雑な動物の進化を推進したのではないかと考える。

朱博士はまた、エディアカラ紀の前に押し返すことを計画している。エディアカラ紀とその前の(8.5億年前に始まった)キオゲニアン紀間の境界を記録する6.35億年前のマリノア氷期の終わりに先立つ、北部中国の岩の中に、藻類とミミズのような生き物の化石を見つけた研究者もいる。そのような化石は研究するのが難しいので、朱博士は、周りのものをきれいにすることなく見ることができ、目には見えない化石有機物の後を検知することもできる新たな映像技術を使う。

エディアカラ紀の前を掘り返すこと以外に、その新たな計画の研究者たちは、中国はカンブリア紀からのその年代の層をいくつか持っているので、他のラーガーシュテッテを利用して、カンブリア爆発それ自身を解きほぐす分析をしようともしている。陳博士は、実は、雲南省の澄江で化石を発掘した1984年に最初にその名をはせた。それは、カナダのブリティッシュコロンビア州のバージェス頁岩層にある、西側でもっとも有名なカンブリア紀のラーガーシュテッテよりも2,000万年ふるい5.25億年前のものだった。その計画の研究者たちは、正確にいつ異なった有機体の集団があらわれたのかを決めようとするために、進化的に言えば、いかにさまざまなラーガーシュテッテをお互い関連付けるかを見ることを計画している。

彼らはまた、とくに生命にとって重要な窒素と亜リン酸や、しばしば酸素の欠如を指し示しゆえに多くの動物の生活と対照をなす硫黄といった、炭素と酸素以外の要素の化学現象も見る。朱博士は、時間と空間にわたってのこれらの化学物質の分配の変化を地図にしたいと思っている。彼は、いかにこれらの変化が送還しているか、それらが風化作用、山の形成、そして氷河の盛衰に関わっているかどうか、いかにそれらが生命の進化に影響し得たか、そしていかに植物と動物が自身で大気と海の化学現象を変えたかもしれないかを調査する。

もっとも野心的なことに、朱博士、肖博士、そしてその同僚たちは、エディアカラ紀の岩が切れ目なくカンブリア紀のものに変わっている南部中国のいくつかの化石を含む場所を通して掘りたいと思っている。世界のほとんどの部分では、エディアカラ紀とカンブリア紀の間には、不整合として知られる差があるので、そのような場所は価値がある。不整合とは、新しいものがたまる前に侵食された岩があるところで、エディアカラ紀とカンブリア紀の広い不整合は、カンブリア爆発を理解する大きな障害になっている。運が良ければ、19世紀初めにウェールズの山脈で最初に気づかれた謎は、21世紀初めに中国のもので解かれるかもしれない。もしそうならば、動物王国の起源がはっきりし、人類自身の歴史の重要な差それ自身も満たされるだろう。
 

発行日: 
2013-03-23
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