オーストラリアの太陽が降り注ぐ乾燥した北西の角、南回帰線に沿って、地球の最も古い面が空に露出しています。ポート ヘッドランドの南、海岸沿いの北のアウトバックをしばらくドライブすると、時間の経過とともに柔らかくなった丘に出くわします。それらは、約 35 億年前、地球がまだ若い頃に形成された、ピルバラ クラトンと呼ばれる領域の一部です。
よく見てください。これらの丘の 1 つの継ぎ目から、エイペックス チャートと呼ばれる堆積物である、古代のオレンジ色のクリーム色の岩が寄せ集められています。顕微鏡でしか見ることができないこの岩の中には、小さなチューブがあります。竜巻を描いたペトログリフのように見えるものもあります。他のものは平らなワームに似ています。これらは、この惑星でこれまでに収集された岩石サンプルの中で最も物議をかもしたものの 1 つであり、これまでに発見された最古の生命体の一部を表している可能性があります。
先月、研究者たちは、これらの形態の性質に関する数十年にわたる議論で、別の声を上げました。ウィスコンシン大学の地球化学者であるジョン・バレーによれば、それらは確かに化石生命であり、34 億 6500 万年前のものです。バレーと彼のチームが正しければ、この化石は、生命がこの惑星の激動の若さの初期に著しく多様化したことを示唆しています。
化石は、太古の地球の新しい物語を示す発見の波に加わります。昨年、別の研究チームが、3.7 億年、3.95 億年前、さらには 42.8 億年前の生命を含む可能性のある岩石を掘り出し、粉砕し、レーザーで吹き飛ばしました。これらの微化石のすべて、またはそれらに関連する化学的証拠は、熱く議論されています。しかし、彼らは皆、伝統的な物語に疑問を投げかけています.
その話が進むにつれて、それが形成されてから 5 億年の間、地球は地獄のように暑かった。幼児期の世界は火山活動によって引き裂かれ、他の惑星のクラムによって爆撃され、環境が非常に恐ろしく、生命にとって非常に住みにくいものになり、地質時代はギリシャの冥界にちなんで冥王代と名付けられました。特に激しい小惑星の弾幕が約 38 億年前に終わるまで、生命は進化できませんでした。
しかし、この話はますます非難されています。現在、多くの地質学者は、地球は最初からぬるま湯で水っぽいものだったのではないかと考えています。記録にある最も古い岩石は、地球の地殻の一部が 44 億年前までに冷えて固まったことを示唆しています。これらの古代の岩石に含まれる酸素は、43 億年前に地球に水があったことを示唆しています。そして、画期的な最終的な爆撃の代わりに、太陽系が現在の構成に落ち着くにつれて、隕石の衝突はゆっくりと減少した可能性があります.
「物事は実際には、いくつかの点で、早い段階で現代の世界にずっと似ていました。水があり、潜在的に安定した地殻がありました。居住可能な世界や何らかの生命が存在したことは、まったく問題外というわけではありません」と、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の地球化学者であるエリザベス・ベルは述べています。
まとめると、太古の地球と月から得られた最新の証拠は、非常に異なる冥王代の地球の絵を描いています:頑丈で、温帯で、隕石のように透明で水の多い世界であり、最初からエデンでした.
古代の手がかり
約 45 億 4000 万年前、地球は太陽の誕生の際に残されたちりや岩石から形成されていました。より小さな太陽の残り物が継続的に赤ちゃんの地球に降り注ぎ、地球を加熱して放射性物質を与え、内部からさらに暖めました。マグマの海が地球の表面を覆っていました。当時、地球は溶岩の白熱球ほど岩石の多い惑星ではありませんでした。
地球が合体して間もなく、気まぐれな惑星が信じられないほどの力で地球に衝突し、地球を新たに蒸発させて月を形成した可能性があります。隕石の衝突は続き、中には直径 1,000 キロメートルのクレーターを掘削したものもありました。冥王代の標準的なパラダイムでは、これらの攻撃は、小惑星が内部太陽系に移動し、岩石の惑星を襲った、月の大変動としても知られる後期重爆撃と呼ばれる攻撃で最高潮に達しました。約 38 億年前に終わったこの初期の時代を通じて、地球は溶けていて、固体の岩石の地殻を支えることができず、まして生命は存在しませんでした。
しかし、約 10 年前から、主にジルコンと呼ばれる小さな結晶のおかげで、この話は変わり始めました。多くの場合、この文章の最後の期間とほぼ同じサイズの宝石は、43億年前までさかのぼる、より涼しく、湿った、おそらく住みやすい世界を物語っていました.近年、古代の岩石の化石が、穏やかな気候のジルコンの物語を補強しました。 Pilbara Craton の竜巻微化石は最新の例です。
今日、生命の可能性を示す最古の証拠 (多くの科学者が疑ったり、完全に否定している) は、少なくとも 37 億 7000 万年前のものであり、驚くほど古い 42 億 8000 万年前の可能性があります。
2017 年 3 月、ロンドン大学ユニバーシティ カレッジの地球化学者であるドミニク パピノーと彼の学生であるマシュー ドッドは、ケベック州の露頭にある、地球の歴史の地下にある管状の化石について説明しました。 Nuvvuagittuq (noo-voo-wog-it-tuck) グリーンストーン ベルトと呼ばれる地層は、地球の原始海底の断片です。人間の髪の毛の約半分の幅、わずか 0.5 ミリの長さの化石が内部に埋もれていました。それらは赤鉄鉱と呼ばれる酸化鉄からできており、42 億 8000 万年前に微生物群集によって建設された化石化した都市である可能性がある、と Dodd 氏は述べた。
「通気口の周りの岩の上に、ゼリー状の錆びた赤いマットが形成されたでしょう」と彼は言いました。同様の構造が今日の海にも存在し、微生物の群れや血まみれのチューブワームが太陽のない黒く煙る煙突の周りに花を咲かせています。
Dodd は、グラファイトの近くにあるチューブと、有機物質を含む小さな炭素リングである炭酸塩の「ロゼット」を見つけました。ロゼットはさまざまな非生物学的プロセスによって形成される可能性がありますが、Dodd はアパタイトと呼ばれる鉱物も発見しました。研究者は、グラファイト内の炭素のバリアント、つまり同位体も分析しました。一般に、生物はより軽量な同位体を使用することを好むため、炭素 13 よりも豊富な炭素 12 を使用して、過去の生物学的活動を推測できます。ロゼットの近くのグラファイトも生命の存在を示唆していました。まとめると、チューブとその周囲の化学的性質は、それらが深海の熱水噴出孔の近くに住んでいた微生物群集の残骸であることを示唆しています、とドッドは言いました.
地質学者は、それらが発見された岩石帯の正確な年代について議論していますが、地球上で最古ではないにしても、最も古い鉄層の 1 つが含まれていることに同意しています。これは、化石もそれほど古いことを示唆しています。これまでに発見されたものよりもはるかに古く、多くの科学者が考えていたよりもはるかに古いものです。
その後、2017 年 9 月、日本の研究者は、カナダのラブラドール州にあるサグレック ブロックと呼ばれる 39 億 5000 万年前の堆積岩からのグラファイト フレークの調査結果を発表しました。東京大学の佐野雄二と小宮剛は、彼らのグラファイトの炭素同位体比も、それが生命によって作られたことを示していると主張した.しかし、グラファイトフレークには化石のような特徴は見られませんでした。さらに、周囲の岩石の歴史は曖昧であり、炭素が見た目よりも若い可能性があることを示唆しています.
さらに東にあるグリーンランド南西部でも、別のチームが太古の生命の証拠を発見しました。 2016 年 8 月、オーストラリアのウーロンゴン大学のアレン ナットマンらは、37 億年前の微生物の化石であるストロマトライトを発見したと報告しました。
多くの地質学者は、それぞれの主張に懐疑的です。たとえば、ナットマンの化石は、地球上で最も古い既知の堆積岩があるグリーンランド南部のイスアベルトから来ています。しかしイスアのベルトは解釈が難しい。非生物学的プロセスがドッドの炭素ロゼットを形成できるのと同じように、基本的な化学は生命の助けを借りずに多くの層状構造を形成することができ、それらがストロマトライトではなく生命のない偽物である可能性があることを示唆しています.
さらに、Nuvvuagittuq グリーンストーン ベルトとイスア ベルトの両方が、何十億年にもわたって加熱され、押しつぶされてきました。これは、岩石を溶かして再結晶化し、元の堆積状態から変形させるプロセスです。
ウィスコンシン州の研究者であるバレー氏は、「他の研究が間違っているとは思いませんが、証拠があるとは思いません。 「私たちが言えることは、[ナットマンの岩] がストロマトライトのように見えるということだけです。それは非常に魅力的です。」
しかし、Pilbara Craton の化石に関する彼の研究に関しては、Valley はそれほど慎重ではありません.
生命の兆候
竜巻の微化石は、ピルバラ クラトンに 34 億 6500 万年間横たわっていた後、出生岩から分離され、箱に詰められてカリフォルニアに出荷されました。 UCLA の古生物学者 William Schopf は、1993 年に奇妙な波線の発見を発表し、サンプルから 11 の異なる微生物分類群を特定しました。批評家は、フォームが非生物学的プロセスで作成された可能性があると述べ、地質学者はそれ以来何年にもわたって議論を行ってきました.昨年、ショップは、二次イオン質量分析計と呼ばれる同位体比を測定するための超高感度機器の専門家であるバレーにサンプルを送りました.
バレーのチームは、見かけの化石のいくつかが現代の光合成細菌と同じ炭素同位体比を持っていることを発見しました。他の 3 種類の化石は、メタンを食べる微生物やメタンを生成する微生物と同じ比率でした。さらに、同位体比は、ショップによってすでに特定されている特定の種と相関しています。これらの同位体比が測定された場所は、微化石自体の形状に対応しているとバレー氏は述べ、それらは物理的および化学的に化石のように見える最も古いサンプルであると付け加えました.
ドッド、コミヤ、ナットマンによって記述された岩石の起源を受け入れると仮定すると、それらは記録の中で最も古いサンプルではありませんが、ショップとバレーのサイクロンのミニチュアには重要な違いがあります。それらは多様です.非常に多くの異なる炭素同位体比が存在することは、岩石が原始生物の複雑なコミュニティを表していることを示唆しています。生命体には無限の反復へと進化する時間があったに違いありません。これは、それらが 34 億 6500 万年前よりも前に発生したに違いないことを意味します。つまり、私たちの最古の祖先は非常に古いということです。
水の世界
化石は、初期の地球が地獄のようなものではなくエデンのようなものであった可能性を示す最初の兆候ではありませんでした。岩自体がその証拠を提供し始めたのは 2001 年にさかのぼります。その年、バレーは、地球が 44 億年前に地殻を持っていたことを示唆するジルコンを発見しました。
ジルコンは、ケイ素、酸素、ジルコニウム、および場合によっては他の元素を含む結晶鉱物です。それらはマグマの内部で形成され、よりよく知られている炭素結晶のように、ジルコンは永遠です。形成された岩石よりも長持ちし、言葉では言い表せないほどの圧力、浸食、変形に何年にもわたって耐えることができます。その結果、それらは冥王代から残された唯一の岩石であり、非常に貴重なタイム カプセルとなっています。
バレーは、西オーストラリア州のジャック ヒルズの一部を切り出し、液体の水によって変化した物質から形成された結晶を示唆する酸素同位体を発見しました。これは、地球の地殻の一部が、知られている最古の堆積岩よりも少なくとも 4 億年早く冷却され、凝固し、水を含んでいたことを示唆しています。液体の水が存在する場合、海全体が存在する可能性が高いとバレー氏は述べています。他のジルコンも同じことを示しました.
「ハデスは地獄のようなものではありませんでした。それがジルコンから学んだことです。確かに火山はありましたが、おそらく海に囲まれていました。少なくとも乾燥した土地があったでしょう」と彼は言いました.
ジルコンは、生命が存在した可能性さえあることを示唆しています.
2015 年に発表された研究で、Bell と彼女の共著者は、同じジャック ヒルズから産出された小さな 41 億年前のジルコン結晶内に埋め込まれたグラファイトの証拠を提示しました。グラファイトの炭素同位体の混合物は生物学的起源を示唆していますが、その発見は - 再び - 激しく議論されています.
「人生以外の説明はありますか？ええ、あります」とベルは言いました。 「しかし、これはある種の化石または生体構造の最も確実な証拠と考えられるものです。」
古代の岩石の信号が真実なら、生命はいつでもどこにでもあったことを教えてくれます。科学者が見ているほとんどすべての場所で、彼らは生命とその化学の証拠を見つけています。それが化石自体の形であろうと、生命の昔の動きの残骸であろうと。うるさくてデリケートなどころか、想像を絶する最悪の状況で人生が定着したのかもしれません。
コロラド州ボールダーにあるサウスウェスト研究所の惑星科学者であるビル・ボトケは、「地球がこれまでに経験した中で最悪の影響に対処していたのと同じ時期に、生命は興味深いことを成し遂げていました」と述べています。
またはそうでないかもしれません。地球は大丈夫だったのかもしれません。おそらく、これらの影響は、誰もが考えていたほど急速ではありませんでした.
暴行の証拠
私たちは、地球や他のすべてのものが、過去に小惑星の衝突を受けたことを知っています。月、火星、金星、水星はすべて、この原初の打撃を目撃しています。問題は、いつ、どのくらいの間かです。
月面歩行の宇宙飛行士が持ち帰ったアポロのサンプルに基づいて、科学者たちは、地球の冥王代の時代に、太陽系ビリヤードの少なくとも 2 つの異なる時代があったと信じるようになりました。 1 つ目は、惑星形成の避けられない副作用でした。惑星が最大の小惑星を一掃し、木星が残りを主要な小惑星帯に集めるのに時間がかかりました。
2番目は後で来ました。太陽系が誕生してから 5 億年から 7 億年の間に始まり、最終的には約 38 億年前に減少しました。それは後期重爆撃、または月の大変動と呼ばれます。
地球化学のほとんどのものと同様に、世界を引き裂く電撃戦、想像できる最大規模のイベントの証拠は、非常に小さなものから得られます。アポロのサンプルに含まれるカリウムとアルゴンの同位体は、月が形成されてから約 5 億年後に月の破片が突然溶けたことを示唆しています。これは、その寿命の 1 インチ以内に爆破された証拠と見なされました。
ジルコンはまた、後期の地獄の風景の暫定的な物理的証拠も提供します。一部のジルコンには「ショックを受けた」鉱物が含まれています。これは、何か恐ろしいことを示している可能性がある極度の熱と圧力の証拠です。その多くは 30 億年未満ですが、Bell は、約 39 億年前に急速で極端な加熱があったことを示唆するジルコンを 1 つ発見しました。これは後期重爆撃の可能性がある兆候です。 「私たちが知っているのは、この時期に再結晶化されたジルコンのグループがあるということだけです。後期重爆撃との偶然の一致を考えると、おそらくこれが関連していると言わざるを得ませんでした」と彼女は言いました. 「しかし、それを本当に立証するには、地球上の他の場所でジルコンの記録を調べる必要があります。」
オーストラリアのカーティン大学の Aaron Cavosie 氏は、これまでのところ他の兆候はないと述べています。
月の岩
2016年、現在シカゴ大学にいるパトリック・ベーンケは、何十年もの間後期重爆撃を支持する主な証拠であった元のアポロのサンプルをもう一度調べました.彼と UCLA の Mark Harrison はアルゴン同位体を再分析し、アポロの岩石は出生月から結晶化してから何度も衝突された可能性があると結論付けました。これにより、岩石は実際よりも若く見える可能性があります。
「分析上の問題を解決したとしても、アポロのサンプルが互いに隣接しているという問題がまだ残っています。」 6 回のアポロ ミッションの宇宙飛行士が、1 回の小惑星衝突から岩石をサンプリングした可能性があります。その噴出物は、衛星の地球に面した側全体に広がりました。
さらに、Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) 宇宙船やルナー リコネサンス オービターなどの月を周回する探査機は、43 億年前に衝突が急増したことを含め、これまで知られていなかった約 100 のクレーターを発見しました。
「軌道データとサンプル データのこの興味深い合流点、およびさまざまな種類のサンプル データ (月の衝突ガラス、ルナのサンプル、アポロのサンプル、月の隕石) はすべて一緒になり、39 億の激変的なスパイクではない何かを指し示しています。ミシガン州アルビオン大学の惑星科学者、ニコール・ゼルナーは言いました。
小惑星と太陽系のダイナミクスを研究しているボトケは、修正された説明を考え出す数人の研究者の 1 人です。彼は現在、砲撃の緩やかな上昇とその後の緩やかな下降を支持しています。他の人は、後期爆撃はなかったと考えており、代わりに、月のクレーターや他の岩体は、惑星形成の自然なプロセスである最初のタイプのビリヤードからの名残です.
「私たちはごくわずかなデータを持っており、それを使って何かをしようとしています」と彼は言いました。 「物語を作ろうとしますが、時には幽霊を追いかけているだけです。」
命が宿る
それが果たされている間、科学者たちは初期の太陽系ダイナミクスよりもはるかに大きな問題について議論するでしょう.
新しい証拠のいくつかが太古の生活の印象を真に表している場合、私たちの祖先は私たちが考えていたよりもはるかに古い可能性があります.惑星が生命に順応した瞬間、つまり液体の水を保持できるほど十分に冷却された瞬間に、生命が誕生した可能性があります。
「私は若い頃、生命が形成されるには何十億年もかかると教えられました。しかし、私はそのような声明の根拠を見つけることができませんでした」とバレーは言いました. 「条件が居住可能になってから数百万年以内に生命が出現した可能性は十分にあると思います。微生物の観点からすると、100 万年は非常に長い時間ですが、地質学的な時間では瞬く間に過ぎません。」
「43億年前に生命が誕生しなかった理由はない」と彼は付け加えた。 「理由はありません。」
39 億年前に大量殺菌がなかった場合、または数回の大規模な小惑星の衝突によって破壊が 1 つの半球に限定された場合、地球の最古の祖先は、惑星が誕生した最も暗い時代からここにいた可能性があります。そしてそれは、宇宙の他の場所にある生命の概念を信じがたいものにしないようにします.生命は、私たちが思っていたよりもはるかに容易に恐ろしい状況に耐えることができるかもしれません.定着するのにそれほど時間はかからないかもしれません。それは早い段階で頻繁に発生する可能性があり、まだ宇宙に影響を与える可能性があります。チューブを作る微生物からハンカリングするスライムまで、その無限の形は小さすぎたり単純すぎたりして、地球上の生命のあり方を伝えることはできないかもしれません。
訂正:2021 年 3 月 29 日
この記事の以前のバージョンでは、オーストラリアのポート ヘッドランドのスペルが間違っていました。
この記事は Wired.com および Spektrum.de に転載されました。
