動物の進化の歴史に数億年を追加する化石の発見

動物の進化の歴史に数億年を追加する化石の発見 生物学

著者情報:Elizabeth C. Turner氏, ローレンシャン大学地球科学部教授

進化の過程で、いつ、どこで、どのようにして動物が誕生したのか、不思議に思ったことはありませんか?

また、最初の頃はどのような様子だったのでしょうか?

地球の45億年の歴史のほとんどで生命は存在していますが、長い間、それは細菌だけでした。

生物の進化を示す証拠の研究は1世紀以上前から行われていますが、化石記録の中には驚くほど謎めいた部分があり、地球上で最も古い動物の痕跡を見つけることは特に困難でした。

隠れた進化

数億年前の進化の情報は、主に化石から得られます。

化石としてよく知られているのは、生物が一生の間に作る貝殻や外骨格、骨などです。

最古の化石は、5億4千万年弱前の「カンブリア爆発」で堆積した岩石から発見されました。

多くの硬い部分を持つ、多様で複雑な動物が突然現れたように見えることから、硬い部分を持たない最初の軟体動物が、より単純な動物から進化した時期があったと考えられます。

残念ながら、これまでのところ、「隠された」進化の区間にある動物の化石の証拠はほとんど見つかっておらず、これらを分析することは非常に難しいため、進化のタイミングや性質が不明瞭になっています。

この難問は「ダーウィンのジレンマ」と呼ばれ、『種の起源』の出版から160年経った今でも、魅力的な未解決問題として残っています。

酸素

海綿の繊維でできた柔らかいスポンジ状の組織は、適切な条件の下では、特徴的な化石を作ることができます。

海綿の繊維でできた柔らかいスポンジ状の組織は、適切な条件の下では、特徴的な化石を作ることができます。©Author provided

いつ、どのようにして動物が出現したかについては、状況証拠があります。

動物は有機物を摂取するため、その代謝には一定の酸素が必要となります。

動物は、新古生代の8億1,500万年前から5億4,000万年前の間に、光合成を行うシアノバクテリア(アオコ)が作り出す酸素が蓄積され、酸素が大幅に増加した後に誕生した、あるいは少なくとも多様化したと考えられています。

海綿は動物の進化の木の中で最も基本的な動物であり、最初に生まれたものであるということが広く受け入れられています。

そう、海綿は動物なのです。

酸素を使い、有機物を含んだ水を体内に通すことで餌を得ています。

最初の動物は、おそらく海綿に関連するもの (the “sponge-first” hypothesis)で、カンブリア紀よりも何億年も前に登場した可能性があることが、遺伝子の違いを分析する「分子系統学」という遺伝学的手法によって示唆されています。

これらの妥当な仮定に基づいて、海綿は9億年前に存在していた可能性があります。

ではなぜ、その間の数億年の岩石の中に、海綿の化石の証拠が見つからないのでしょうか?

一つの説明は、海綿動物には古典的な硬い部分(貝殻や骨)がないということです。

海綿動物の中には、スピキュールと呼ばれる微細な鉱物化した棒でできた内部骨格を持つものがありますが、動物の進化の隠れた始まりの岩石からはスピキュールは発見されていません。

しかし、海綿の種類によっては、スポンギンと呼ばれる強靭なタンパク質の繊維が骨格となっており、お風呂のスポンジのような特徴的なミクロの三次元網目を形成しています。

現代および化石の海綿動物の研究により、分解中に軟組織が石灰化した場合、岩石中に保存できることがわかっています。

海綿の繊維が分解する前に、その周りに石灰化した塊が固まると、複雑な構造をしたチューブの特徴的なミクロの網目が岩の中に現れます。

この模様は、藻類やバクテリア、菌類のものとは異なり、5億4千万年前以下の石灰岩から多く発見されています。

驚きの化石

8億9千万年前の海綿の化石かもしれません。

8億9千万年前の海綿の化石かもしれません。©Author provided

私は地質学者と古生物学者で、非常に古い石灰岩を扱っています。

最近、私はカナダ北部の8億9000万年前の岩石におけるこの微細構造について説明しました。

私は、既知の最古の海綿の化石よりも数億年前の海綿の証拠ではないかと提案しました。

私の提案は、最初は突飛に見えるかもしれませんが、古生物学界で一般的に行われている予測や仮定と一致しています。

新しい材料は、外挿された年代や、すでに広く受け入れられている最古の動物の正体を証明しているようです。

これが本当に海綿の化石であれば、動物の進化はこれまで考えられていたよりも数億年早く始まっていたかもしれません。

私が説明する仮説的な初期の海綿動物は、新古生代の酸素化が起こる前に、酸素の乏しい世界で酸素のオアシスを作っていたシアノバクテリアの局所的な共同体と共存していました。

これらの海綿動物は、より多様な動物が出現するまでの数億年間、進化の圧力を受けずに、おそらく変化のない環境で生き続けることができたのです。

8億9千万年前の動物が存在するということは、約7億2千万年前に始まった低温期の氷河期、いわゆる「雪だるま式の地球」の影響を生物の進化があまり受けなかったことを示しているとも言えます。

私の珍しい化石資料は、ダーウィンのジレンマに別の視点を与えてくれるかもしれません。

急進的な新しいアイデアは、活発な議論なしには科学界で受け入れられないのが普通ですから、多くの論争が起こることを期待しています。

いつか、おそらく数年以内に、さらなる研究に基づいたコンセンサスが得られるかもしれません。

それまでは、議論を楽しんでください。La Conversation

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article. Elizabeth C. Turner. Possible poriferan body fossils in early Neoproterozoic microbial reefs. Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03773-z