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花崗岩と多細胞生物の進化

我々の生命は岩石のおかげ


岩がちのスタート。19億年前に始まった金属リッチな花崗岩(これらのフィンランド産の侵食された岩石のような岩石、囲みは研磨サンプル)の豊富な形成とその後の侵食は多細胞生物が進化するステージを用意した、と新しい研究は示した。Credit: Rajankulkija2/Creative Commons; (inset) Lysippos/Wikimedia Commons

花崗岩の恩に感謝しよう。何十億年も前に形成された超大陸の上に、大量の金属リッチな花崗岩が形成され、それに続いて侵食されなければ、我々を含む多細胞生物の進化は抑えられたか遅れていた、と新しい研究は示す。

その歴史の大部分で、地球上の生命は単細胞生物という存在に過ぎなかった。多細胞生物に必須で、単細胞祖先からの進化にも等しく必須だったと推定される特定のタンパク質には、重金属元素、とくに銅、亜鉛、モリブデンが必要である、とアバディーン大学(英国)の地球科学者ジョン・パーネルは話す。以前の研究は多細胞生物が16億年から12億年前のある時期に進化したことを示している。研究者たちはそのイノベーションの前に、これらの必須金属は生命が繁栄した環境から仕舞い込まれたと考えていた。海洋の酸素欠乏水深に成層するか、地殻の鉱床に取り込まれるかして、将来の侵食を待つと考えられた。

いま、パーネルと彼の共同研究者たちは新しい地質学的証拠に合う別の選択肢を提案している。約19億年前、地球の陸塊が衝突して超大陸ヌーナを作り出した直後に大量に形成された稀なタイプの花崗岩から、必須金属が侵食されたというのだ。この花崗岩の化学組成は、鉱物を岩石全体に分布させるのではなく、鉱床に凝縮させるために、簡単に侵食される。チームの分析はこの多様な玄武岩の大部分が18億年前から13億年前までの間に形成されたことを示した。この年代は溶融した物質が地殻の下の深くから地表直下に上昇して結晶化した時期を示す。

世界中の地質記録が含む豊富な証拠は、この花崗岩の形成がほとんどすぐに侵食を始め、多様な鉱物を沿岸と低地環境に届けたことを示す、と研究者たちは言う。たとえば、もともと海底堆積物に堆積した古代の岩石のストロンチウム同位体の割合はこの超大陸からの侵食が19億年前にピークを迎えたことを明らかにする。また、大量の硫酸塩鉱物、特に乾燥した環境の鉱物リッチな水の蒸発の結果として形成されたものは、17億年前に出現し始めた。これは鉱物リッチな岩石の鉱床に見られる金属硫化物が侵食され、それに伴って金属を放出したサインである。単細胞生物はこれらの微量金属を金属結合タンパクへと組み入れ、それが究極的に多細胞生物の多様化を可能にした、と研究者たちは今月のGeology誌で推測した。

チームの研究結果は「興味深く刺激的だ」、とアリゾナ州立大学(テンペ)の生化学者エリアル・アンバーは言った。約24億年前に大気中の酸素濃度が上昇したことは侵食が増え、環境への金属の流出も増えたことを示すが、大量の新鮮な形成されたばかりの花崗岩が金属の重要な供給源であったことは疑いない、と彼は続けた。

新しい研究結果は、生命の歴史における重要な転機での地球の地球化学的進化のより詳細な描写を加える、とJ・クレイグ・ヴェンター研究所(カリフォルニア州サンディエゴ)の微生物生理学者クリス・デュポンは話す。「それは魅力的な仮説だ」と彼は言った。だが彼は、ヌーナ超大陸周囲の浅海にいた生命が多細胞性を進化させたのはパーネルらが仮定したのより低い金属濃度で可能だったとする別の代替説があり、花崗岩からの金属の流出増大説は未決のままだ、と付け加えた。

現生生物の遺伝的研究は多細胞性を可能にするタンパク質、その中でも特に亜鉛を必要とするタンパク質は少し遅くて、16億年前から12億年前の間に進化したことを示す、とデュポンは注意する。「その時期より前に、生命は減少し、それから増加した。問題は、我々はこの時期の海洋中の金属濃縮が何であったかを知らないことであり、さらにこれらの金属の供給源を決定しなくてはいけない」。

元記事
Science NOW
You Owe Your Life to Rock
by Sid Perkins on 15 June 2012, 2:48 PM

原論文
John Parnell, et al.
Heavy metal, sex and granites: Crustal differentiation and bioavailability in the mid-Proterozoic
Geology, first published on June 8, 2012, doi:10.1130/G33116.1
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