ポール クナウトは、デス バレー国立公園のブラック マウンテンズにある険しい岩だらけの峡谷を、スポーツ用の手袋と杖を使って急なガレ場を進んでいきました。下できらめく砂漠の床は、地球上で最も暑い場所としての記録を保持していますが、2月下旬には、野生の花が小さな裂け目から芽を出していました.彼らの壊れやすい存在、または私たちの手足を危険にさらさないように、慎重に踏み出しました.
ついに私たちは、この禁断の地形で目標に到達しました。約 7 億 5000 万年前の洞窟で、アリゾナ州立大学の地球化学者であり地質学者である 69 歳の Knauth と、古生物学者である故 Robert Horodyski が 20 年前に偶然見つけたものです。 .洞窟の形はドロマイトの壁に刻印されています。それは人間を保持するのに十分な大きさですが、細かく粉末化された石英でしっかりと詰め込まれています.科学者たちは、微化石を探しているときに洞窟を発見し、10億年以上前に微生物が陸上で繁栄したという当時の急進的な理論を支持しました。引退する前に、Knauth は洞窟からの微化石を、彼の進化モデルを裏付ける証拠の本体に追加したいと考えています。
一般的な通念によれば、5 億 4,000 万年前の海でのカンブリア爆発として知られる出来事の後、植物や動物が根を張る前兆が海から飛び出し、陸地に定着するまで、大陸は生命がなく、放射線を浴びた岩棚でした。 Knauth 氏は、化石記録によって偏っているその説に異議を唱えるために、長い間その責任を率いてきた、と彼は述べた。海洋化石は、海洋堆積物の層と深海の静けさによって保護されています。土地の化石は、古生物学者が偶然発見するずっと前に、気候の変化と侵食によって粉砕された可能性がはるかに高い.したがって、化石記録は海に重きを置いており、海が生命のゆりかごであったように見えます。
クナウト氏によると、現存する陸上の化石は非常に小さく、火山、氷河、大陸プレートの衝突に耐えてきたデス バレーの洞窟などの「地質タイム カプセル」に隠されている可能性が最も高いとのことです。過去 10,000 年の間に、洞窟は周囲の風景を洗い流す雨水によって切り開かれ、ベック スプリング ドロマイトと呼ばれる 7 億 5000 万から 8 億年前の地層です。 1990 年代初頭、Knauth はこの 1,000 フィートのドロマイト層の表面の地球化学を分析しました。彼の結果は、この地域がカンブリア紀の爆発よりずっと前に、光合成を行う単細胞生命体のマットで沸き立っていたことを示した.
さらに重要なことは、Knauth と彼の同僚がドロマイトの不毛の表面に穴を開けた古代の穴から発見した微化石です。まとめると、地球化学的および微化石の発見は、先カンブリア時代に複雑な生命体が海だけでなく陸上でも進化したという彼の理論を支持しています。実際、Knauth が 1985 年以降、Science、Nature、およびその他のジャーナルに掲載された一連の論文で主張しているように、動物は淡水の湖、川、小川で発生した可能性があり、超塩分が多く酸素が不足した海では発生しなかった可能性があります。
それから 30 年近くが経ち、ようやくこの分野が彼に追いつきつつあります。過去 5 年間、多くの研究者が、22 億年前に大陸に生命が生息していたことを示す豊富な地球化学的および微化石の証拠を報告してきました。
カナダのエドモントンにあるアルバータ大学の地球微生物学教授であり、ジャーナル Geobiology の編集者である Kurt Konhauser は、次のように述べています。 「彼は、先カンブリア時代の陸上生物の証拠を追求するための扉を私たちに開いてくれました。」
現在、多くの古生物学者は、先カンブリア紀に単純な単細胞生命体が陸上に存在したという Knauth の仮説を受け入れていますが、6 億年以上前に複雑な多細胞生命体、さらには動物生命体も陸上で繁栄していたという彼のより急進的な提案に反発する人もいます。洞窟への登山の前夜、荒野のキャンプファイヤーを囲みながら、柔らかな口調のクナウトは、科学の一般的なパラダイムに挑戦することを楽しんでおり、それを維持する予定であると打ち明けました。 「年をとって、人々が心を閉ざし、派手で単純化された時流に飛び乗ることにとてもがっかりしています」と彼は言いました。 「しかし、岩石から始めて解釈に向かって作業を進めると、流行しているものではない現実が明らかになることがよくあります。」
Knauth はフィールドワークから引退する可能性がありますが、好奇心に駆られて、デス バレーや南西部の暑くて乾燥した険しい山々を登り続けています。より多くの洞窟を熱心に探している彼は、先カンブリア時代に大陸を覆っていた単細胞生物の青々とした緑のマットをかつて食べていた原始動物の議論の余地のない化石の証拠を見つけたいと考えています.
「石化したトコジラミが論争を終わらせるだろう」と彼はにやにや笑いながら言った.
パラダイムの侵食
ベック スプリング ドロマイトは、約 7 億 5000 万年前に誕生しました。炭酸カルシウム マグネシウムの 1,000 フィートの層が、バラバラに引き裂かれた超大陸であるロディニアの端にある浅い海洋環境に落ち着いたときです。炭酸塩の巨大な塊が海から上昇し、高温多湿の気候の下で陸地に変わりました。カルスト化として知られる地質学的プロセスでは、酸性雨が炭酸塩岩を穴、陥没穴、洞窟の迷路に変えました。この訪問でトレッキングした洞窟も含まれます。
ミシシッピ川の東にある米国の土地の約 60% はカルスト化の過程にあり、一種のロッキー スイス チーズのようになっています。しかし、植生や湖は、これらの地層を私たちの視界から覆い隠してしまうことがよくあります。南西部の乾燥した砂漠では、カルストははるかに古く、侵食されていますが、見つけやすいです。洞窟に向かう途中で横断した峡谷は、足元で崩れる黄褐色からピンクがかった岩であるドロマイトの巨大なスラブを切り開いています。古代のカルスト ピットは、形成されたときにそこに落ちた石英の瓦礫の山によって、最近浸食された穴と区別できます。
Knauth は、1980 年代に若い地質学教授として、アリゾナ州立大学に研究室を建設し、砂漠のカルストの探索を始めました。彼はすでに、保存された有機物の地球化学的兆候について岩石を分析する専門家でした。鍵は岩石の原子組成にあります。太陽光をエネルギーとして利用する生物は、炭素 12 と呼ばれる炭素の軽いバージョンを、より重い炭素 13 の上に取り込みます。これは、かつて光合成生物が生息していた地域に含まれる炭素 13 の量が、無菌地域よりもわずかに少ないことを意味します。
驚いたことに、Knauth と当時の大学院生 Mark Beeunas は、アリゾナ州中部にある Mescal Limestone と呼ばれる 12 億年前の砂漠のカルストが、先カンブリア時代に生命の地球化学的兆候を示したことを発見しました。すべての教科書によると、先カンブリア時代の土地は完全に不毛でした」と、1985 年に地球化学的発見を発表したクナウトは言いました。
Knauth の仲間は彼の結果の正確さに異議を唱えなかったが、陸上生物がカンブリア紀より 6 億 6000 万年も前に存在していたという彼の結論は沈黙した。 「カンブリア爆発には、30 年前のパラダイムロックがありました」と Knauth 氏は言います。 「私が発見したことが真実である可能性さえあるとは、ほとんどの古生物学者にとって事実上考えられませんでした。」
彼のパラダイムに挑戦的な主張を補強するためのさらなる証拠を必要として、Knauth はデス バレーで生命の兆候を探しに行き、珍しい黒い尾根をサンプリングしました ベックスプリングドロマイトの上にクォーツ。研究室に戻ると、地球化学分析により低レベルの炭素 13 が明らかになりました。そこには光合成生物がたくさん住んでいたと彼は結論づけた。そして、生命の地球化学的兆候が見られる場所には、微化石もある可能性があります。
Knauth、Horodyski、学生の Ray Kenny は、ベック スプリング ドロマイトとメスカル石灰岩の危険な急勾配を 3 年間横断し、それらの微化石が含まれていることを期待して岩石を集めました。彼らはしばしば、砂漠のキャンプファイヤーの周りで疲れ果てて眠りに落ち、衣類やブーツが鋭い岩で細断されました.
彼らは砂漠の恵みを研究室に持ち帰り、ダイヤモンドのこぎりで岩のサンプルを光透過性の薄いセクションにスライスしました。顕微鏡をのぞいてみると、数十個のフィラメントと球体が検出され、それらは石灰化した細胞であると特定されました。時間が経つにつれて、彼らの砂漠の放浪は、真の微化石の動物園を生み出しました。 7 億 5000 万年から 12 億年前のもので、これまでに発見された陸上の化石の中で最も古いものでした。 Horodyski と Knauth は、1994 年にジャーナル Science で画期的な発見を報告しました。
「Knauth による古カルストの地球化学分析はでした。 先カンブリア時代の陸上生物の存在を示す先駆的な研究です」と、ボストン カレッジの古生物学者、ポール ストローザーは述べています。
先カンブリア時代の琥珀
ベック・スプリング層が私たちの前に広がり、角張ってほこりっぽく、生命の兆候はほとんどありませんでした。しかしクナウトの心には、その表面はかつては光合成細胞、シアノバクテリア、藻類で覆われた輝く緑色だった.これらの単純な生物は、太陽光をエネルギーと酸素に変え、炭素 13 の痕跡を残した. .閉じ込められた微生物叢に水中の鉄が付着し、腐敗し、構造を硬化させます。新しい化石は、がれきの間に成長した結晶化シリカ (石英) の小さな継ぎ目に徐々に包まれ、それらを結合させました。
Knauth はこのセメントを「先カンブリア時代の琥珀」と呼んでいます。
パラダイムを覆すのは難しいが、Knauth が 1985 年に最初に打ち出した基本的な科学的議論に異議を唱える人は誰もおらず、それ以来、彼はそれを改良し続けてきた.その結果、カンブリア紀の爆発が終わるまで大陸には生命が存在しなかったという一般的な仮説は、着実に崩れつつあります。
カリフォルニア大学サンタバーバラ校の地球生物学者であるスタンリー・アウラミック氏は、「この 20 年前の発見がこの分野に大きな影響を与え始めたのは、ここ 5 年間だけです」と述べています。 Strother のような研究者は、先カンブリア時代の土地化石の証拠をさらに発見し始めています。
地球化学および遺伝子技術の進歩は、先カンブリア時代の土地での微生物生命の探索への関心の高まりに部分的に関与しています。 「人々は、海洋生物を簡単に見つけることができる豊富な化石を残さなかった、微視的な地上ハガーの世界があったことを今認識しています」とクナウトは言いました。また、火星の砂漠での生命の痕跡の探索により、海洋以外の過酷な環境で原始的な地球の生命体を発見する研究者の関心が高まっている、と彼は観察しました。
Knauth に関する限り、低レベルの炭素 13 (古代の光合成生物の地球化学的ゴースト) が細胞のような微化石と共存しているという事実の最も簡単な説明は、先カンブリア時代に陸上に大量の生命が存在したということです。そして、彼の以前は風変わりな理論は、現在、地球生物学者によって広く受け入れられています。 「Knauth の微化石は、先カンブリア紀に陸上生物が存在したことを示す具体的な証拠です」と、バージニア工科大学および州立大学の地質生物学者である Shuhai Xiao 氏は述べています。
先カンブリアのジャングル
Knauth の進化モデルは、大陸の不稔性を明らかにすることをはるかに超えています。彼によると、デスバレーとアリゾナに生息するバイオマスは、バハマと西インド諸島で現在成長しているバイオマスに匹敵する.他の科学者によって行われた島の地質学の研究は、この考えを支持しています。これらの熱帯の島々は、ベック スプリング ドロマイトがほぼ 10 億年前に経験したのと同じ彫刻プロセスを現在経験しており、同様の炭素の特徴を持っています。
「デス バレーは、今日のバハマ諸島と同じように光合成生物が生い茂っていました」とクナウトは、真昼の太陽の下で舌の上にお湯を滴らせながら言いました。
彼はまた、現代の動物の祖先である多細胞酸素呼吸器が、大気中に何百万トンもの酸素を吐き出していた光合成微生物に住み、それを食べていた可能性があると確信しています.実際、これらの先カンブリア時代の動物 (後生動物と呼ばれる) が、カンブリア紀の海での生命の爆発から数千万年後に陸地に定着したのではなく、逆のことが起こった可能性があると Knauth は考えています。陸上の動物が海に這い込み、貝殻を持った海洋性後生動物を産卵します。
2005 年に Knauth は地球化学論文を発表し、先カンブリア紀の海は高温で塩分濃度が高く、塩分と硫化水素に耐えることができる微生物だけに適していることを示しました。塩と酸素は溶液中でうまく混ざり合わないため、酸素吸入者にとっては住みにくい気候でした。大陸プレートが衝突したとき、一部の海は浅く隆起した盆地に閉じ込められました。膨大な量の海水が蒸発し、陸地に隔離された膨大な量の塩が残りました。その結果、海の塩分濃度が急降下し、海がより多くの酸素を吸収できるようになりました。既存の海洋微生物叢は毒殺されるか、より深い水域に追いやられ、空のニッチを残しました.
一方、Knauth は、酸素を利用する後生動物が、先カンブリア紀後期に雨、湖、小川、川によって水分補給された酸素生産者の湿ったマットの上で進化した可能性があると理論付けています。言い換えれば、光合成バクテリアと藻類のタンパク質が詰まったマットは、バクテリアを食べる微小な動物であるクマムシなどのより大きな生き物にとって素晴らしい食料源だったでしょう. Knauth は、最近のデス バレーと西オーストラリアへの遠足で、そのような生物の化石の証拠を見つけたいと考えています。
2009 年、カリフォルニア大学リバーサイド校の Knauth と Martin Kennedy は、地球上の何千もの地球化学記録のメタ分析で、より保守的な同僚に衝撃を与えました。彼らは、陸上での光合成藻類、コケ、菌類、その他の生物の爆発が大陸を緑化し、8 億 5000 万年前に多細胞生物 (動物を含む) の地球規模での拡大を促進した可能性が高いという追加の証拠を報告しました。 Knauth の逆カンブリア爆発モデルへのより多くの地球化学的歯。
この考えはまだかなり物議を醸しています。先カンブリア時代の土地は微生物叢で緑だったというKnauthに同意する一部の古生物学者は、初期の動物またはその前駆体が必ずしもそれらのバクテリアジャングルに潜んでいたとは信じていません. 「動物がカンブリア紀の爆発の前に陸上で進化した可能性は低い」と Awramik は述べ、Knauth の理論は確かな化石の証拠によって裏付けられていないと指摘した。しかし、新しい化石の発見には、かつては明白に見えたパラダイムを打ち砕いた歴史的記録があることを考えると、彼はこの問題について心を開いています。
しかし、彼の以前の理論と同様に、初期の陸上動物の証拠が構築され始めています。 2011 年の Nature 論文で、Strother と彼の共同研究者は、カンブリア爆発の 5 億年前、10 億年前までに多細胞構造が淡水陸生環境を支配していた可能性があるという直接的な証拠を報告しました。
モンタナ大学の Carrine Blank によって昨年発表された研究は、今日のシアノバクテリアのゲノムが、20 億年以上前に陸の湖、川、小川に生息していた初期の生命から進化したかのように見えることを示しています。さらに、先カンブリア時代の化石記録は、初期の微生物生物が陸上のストレスに適応し、例えば太陽放射を遮蔽する「ローション」を開発したことを示しています。これは、不毛の地形と紫外線放射が先カンブリア大陸での生命の進化を妨げたという仮説に反する.
昨年、オレゴン大学の古植物学者である Gregory Retallack と共同研究者は、陸上への生命の到着をさらに後押しし、南アフリカで発見された陸上の微化石は 22 億年も前のものである可能性があると報告しました。これは、Knauth のこれまでの記録である 12 億年を破ることになります。 Retallack は、生命が海からのみ発生したという考えは、ギリシャの哲学者アナクシマンドロスに帰せられます。アナクシマンドロスは、エーゲ海の生命の多様性に驚愕し、人類は魚の口の中で進化したと主張しました。 「顕微鏡を手元に持っていたら、アナクシマンダーはそれほど確信が持てなかっただろう」と Retallack は皮肉を言った.
先カンブリア時代の地球生命の証拠が古科学の隅々から流れ込んできたことで、因習打破のクナウトは、20 年前に火をつけたこの燃えている問題に取り組み続けるように促されました。彼は、オーストラリアの砂漠にある蒸し暑い、ハエがはびこる数十億年前の遺跡を探索して、ほとんど見えないほど小さな化石を探す準備をしています。
私たちが危険なハイキングを始める前に、クナウトは峡谷の壁の穴を哲学的に見つめていました. 「私たちはそこにいなかったので、遠い過去に何が起こったのかを確実に知ることはできません」と彼は言いました. 「しかし、シャーロック・ホームズが言うように、ありそうもないことを排除することによって、科学はありそうなことに近づく。そして、イベントの最も可能性の高いシナリオは、通常、手元にある事実の最も単純な解釈です。」
