【発見】オーストラリアで4億8千万年前の陸上植物の胞子を発見

オーストラリアで4億8千万年前の陸上植物の胞子を発見 生物学

今から5億年以上前、淡水に生息する藻類から進化した植物が初めて陸地に進出したとき、植物は地球を大きく変えました。空気中の二酸化炭素を取り込んで地球を冷やし、岩石の表面を侵食して、現在多くの土地を覆っている土壌を作ったのです。

このような大気と地表の変化により、現在の生物圏が形成されたのです。地球上のバイオマスの約8割を占めるのは陸上植物です。

陸上で生きていくためには、乾燥を避けることと、太陽の厳しい紫外線に耐えることという2つの大きな課題を克服しなければなりませんでしたが、先駆的な植物は小さくてコケのようなものでした。

西オーストラリア州北部のカニング盆地の岩石のサンプルから、4億8,000万年前に化石化した初期の陸上植物の胞子が、先祖代々の水棲藻類の胞子とともに発見されました。これらは、発見された中で最も古い陸上植物の胞子であり、植物がいつ、どこで、どのようにして陸上に進出し、どのようにして生き延びたのかについて、新たな手がかりを与えてくれます。本研究成果は、米国科学誌「Science」に掲載されました。

植物が陸上に進出した時期

植物が陸上に進出した時期については、大規模な植物の化石、異なる種が進化するのにかかった時間の計算(分子時計データ)、植物の胞子の記録などから推定されています。

分子時計データによると、植物の陸地への進出は5億1500万年前(カンブリア紀)頃に起こったとされていますが、最古の植物の茎の化石は4億3000万年前(シルル紀中期)頃に発見されています。これらの初期の小さな植物は、根系や硬い木質組織を持っていなかったため、その化石が希少であることの説明になるかもしれません。

また、植物の胞子に注目することもできます。胞子は、遺伝物質を持った単純な生殖単位である(種子よりもはるかに単純で、種子はずっと後になって進化した)。繁殖を成功させるためには、陸上植物の胞子の壁は、乾燥や紫外線のダメージに耐えられる強さが必要でした。

この丈夫な胞子壁のおかげで、胞子は古代の堆積物の中に何億年も保存され、今回のように強酸を使って堆積物から抽出することができるのです。次に、胞子の形を顕微鏡で観察しました。

胞子の形

最古の陸上植物の胞子は、2〜4個の細胞が多かれ少なかれ規則正しく幾何学的に配列されたものです。このような胞子は、4億6500万年前(オルドビス紀)の堆積物から発見されており、大型の植物の化石が発見されるよりも、少なくとも3500万年前に発見されたことになります。

しかし、それよりも古い胞子(約5億500万年前のもの)もアメリカで発見されています。ポール・ストローザー氏(ボストン・カレッジ、今回のカニング・ベイスンでの研究の共著者)らは、この古い胞子が車軸藻類と呼ばれる淡水藻類に由来する可能性が高いことを明らかにしています。

これらの古い胞子は、不規則な形をした細胞の「パケット」として発生します。この「パケット」と呼ばれる胞子は、カニング盆地で発見された約2,500万年後の化石にも見られます。

車軸藻類は半水性の生物です。このような状況で生き延びるために、乾燥や紫外線に対抗する遺伝子が発達しました。

初期の陸上植物は、バクテリアが生物間で遺伝子を移動させる「遺伝子の水平伝播」によって、先祖代々の藻類のゲノムの一部を取り込んだか、あるいは自分たちで同様の遺伝子を開発しました。

数百万年という時間軸を考えると、陸生植物の起源は単一の出来事ではなかったと考えられます。カニング盆地の集合体からは、2つまたは4つの細胞を持つ陸生植物の胞子と、不規則にパッケージングされた藻類の胞子の両方が見つかっており、陸生植物とその藻類の祖先が同時期に同じ地域に存在していたことを示しています。

また、分子時計データ(5億1,500万年前)から推定される植物の陸上進出の時期と、化石証拠との間の時間差も縮まりました。約4億8,000万年前のカニング盆地の記録は、世界でまだ見つかっていない最も古いものです。

陸上植物はどこから始まったのか?

今回の発見は、カニングベイシンで行われた陸上植物の胞子の研究から生まれたものです。1991年に約4億4,000万~4億4,500万年前の胞子が発見され、2016年にはさらに4億6,000万年前の胞子が発見されました。

この2つの記録は、岩石の配列の年代を調べるために、約100個のコアサンプルから抽出したものを調べて初めて見つかったもので、胞子が珍しいことを示しています。この時代にカニング盆地に堆積した堆積物は、貝化石やコノドントなどの微化石からもわかるように、主に海洋環境のものである。

初期の陸上植物は、その祖先である炭藻類のように、海の縁の淡水環境で成長しました。このような場所には胞子や堆積物が流れ込んできます。つまり、私たちに伝えられている化石の記録は、古代世界の地理的条件に依存しているのです。

2020年、ジオサイエンス・オーストラリアは、西オーストラリア州の地質調査所と共同で、地下の岩石の地質を理解するために、カニング盆地の南部で井戸を掘削しました。オルドビス紀初期(4億8500万~4億7000万年前)のナムビート層と呼ばれる地層から岩石サンプルを酸抽出した後、2~4個の細胞が規則的に配列された典型的な陸上植物の胞子を確認しました。

その一環として、1958年に掘削されたNambeet層の最初のセクションから、すでにスライドグラスにマウントされた植物の胞子の標本を調べた。その結果、陸上の植物の胞子が、藻類の胞子と一緒になっていることを初めて発見したのです。今回の発見は、西オーストラリア州政府が提供してくれたこれらの初期資料の入手がなければ実現しなかったでしょう。

オーストラリアのカンブリア紀後期およびオルドビス紀後期の堆積物中に、さらに藻類や陸上植物の胞子がどこに存在するのか、さらなる研究が必要です。また、新しいデータは、陸生植物がどこで誕生したのかを明らかにするかもしれない。

今回の研究では、過去のデータや資料へのアクセスの重要性が強調されており、西オーストラリア州政府による地質学的サンプルやデータのキュレーションという重要な科学インフラの役割に感謝しています。

theconversation.comにて、この発見をしたクリントン・フォスター氏によって書かれた記事を翻訳しました。

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