地球誕生46億年前から約20億年前まで

いろいろなめぐり合わせで、文化財展示館に臨時雇用されたすずあきは、昔々の事を勉強しなければいけなくなりました。
面白おかしく勉強するために、ブログに記録することにしまして。






まずは宇宙の誕生から地球の誕生についてです。(子どもというのは思いがけない質問をするので、一応一般的な知識を調べてみました)

まずは宇宙の誕生。およそ100億年前、高温高密度の火の玉状態で誕生し、ビックバンと呼ばれている大爆発によってわずかの間に銀河系の大きさまで膨脹したと言われています。
温度と密度が下がると素粒子同士の結合が始まり、数分後には水素、ヘリウムができ、さらに元素合成が続きます。
宇宙はしだいに透明にはれあがり、初期の状態になるまでに億年単位の長大な時間がかかったそうです。
膨張しながら銀河は集団をつくり、たがいの重力作用で、銀河群は銀河団になるそうです。若い銀河は小さくて不揃いで、合併をかさねて美しい形になる、この合併は現在もつづいるそうです。

さて、地球の誕生は何時頃だったのかというと、約46億年前、ガス状の星雲の中で固体粒子が集まり、合体と衝突を繰り返しながら原始地球となり、たいぶ形ができてきた1億年から2億年後に火星と同じぐらいの星が地球に衝突し月と地球が分離する。これをジャイアント・インパクトというそうです。

原始地球は大地は高温に煮えたぎるマグマの海、やがて岩石成分の中に含まれる水分と二酸化炭素が大気中に放出され、大気が形成されていきます。大気の成分は二酸化炭素、一酸化炭素、窒素、水蒸気が中心で、地球が出来た当初は二酸化炭素濃度は現在の数十万倍あったそうです。酸素はほとんどありません。なので、この頃の空は今のような青色ではありません、二酸化炭素が波長の長い光を吸収し、空はオレンジ色に光っていました。

水蒸気は隕石としてもたらされた岩石成分から供給され、地球の気温が徐々に冷えてくると、大気中に大量に含まれていた水蒸気は雨となって降り始めました。原始の雨は硫化水素などの酸性物質を多量に含んだ酸性雨だったと言われています。

降り続く雨により地球表面は冷えていき、地表が固まり、水がたまり約40億年前には海が形成されました。でも、ところどころに陸地があるだけで、まだ大きな大陸はありません。

海水は地表の岩石成分により中和され、大気中の二酸化炭素を溶かし込んでいきます。また二酸化炭素は石灰岩としても海底に沈んでいきました。二酸化炭素濃度の低下により、温室効果はしだいに減っていきます。

そして、原始の海の中で化学反応によってしだいに複雑な物質が作られ、生命の素材となるタンパク質や核酸が生まれます。そしてアミノ酸が化学的にくっついたり離れたりしているだけだったものが、38億年前には最初の原始生命が誕生。(原始生命がどんなものかは諸説あり、難しすぎてすずあきにはよく解らない。いろんな有機物の種類が形成される中で、自己の形をもち、効率的に増殖できる能力を持ったものという)

その生活場所は海底火山の噴出孔付近と言われています。地表には有害な紫外線や荷電粒子などが降り注ぎ、生命が住める環境ではありません。最初の生命は光の届かない海の奥底で噴出口から出される硫化水素を分解することによりエネルギーを得ていたようです。
現在でもその末裔と思われる細菌類が存在します。海底の噴出口付近の数百度に達する環境の中で、大昔と変わらぬ暮らしをしている生命も地球にはあるとのこと。(だいぶ前にNHKの放送で見たことがあります)

約32億年前に、光を使用することによってエネルギーを作り出す生物、シアノバクテリアが生まれます。今までは生命を傷つける存在だった光を、周りに無尽蔵にある二酸化炭素と反応させることにより硫化水素を使うよりも効率的にエネルギーを得られるようになったのです。自ら光合成でエネルギーを作り出すことにより、噴出口以外の場所でも生きられるようになりました。

シアノバクテリアは登場してしばらくは数が少ないままでしたが、約27億年前、環境に一つの変化があり、藻類の大繁殖で地球は酸素の青い地球となります。

約27億年前に、地球内部のマントル及び核の動きが整い、核の鉄が磁石のように働き始め、磁気を放出し始めました。北極と南極、S極とN極、地球を磁気のバリアが包むようになったのです。それまで太陽風により地球まで到達していた生命に有害な荷電粒子(主に陽子・電子)(すずあきがちょっと調べたところ、放射線のように有害なものらしく、兵器として開発もされているらしい)は、磁気圏のバリアに遮られるようになりました。

このことは、海面近くの光が届く環境でも生命が存在できるようになることを意味します。それまでは、有害な荷電粒子が届く環境では、生物の遺伝子が傷つけられてしまい、生存し、増殖することができなかったからです。
海面近くの環境の危険性が低下したことによって、光合成を行う生物は、より安全に、より活発に、海面近くで増殖できるようになり、藻類が大繁殖し、地球の酸素濃度の上昇のスピードに拍車がかかっていきます。

初期に産出され海中に放出された酸素はすべて、地球が形成された材料である隕石に含まれていた海中の鉄イオンと結合して酸化鉄となり、鉄鉱石として海底に蓄積され続けてきます。酸素が次々と放出されるに従い、海中の鉄イオンはやがてすべて使い切られてしまい(ちなみに現在鉄鉱層から得られる鉄は、ほとんどがこの時期に作られたもの)、鉄を全て消費すると、次第に海洋中の酸素濃度が上昇し、約20億年前、海中で飽和状態に達した酸素が大気中に放出され始めます。

【光合成は 6CO2 + 6H2O + 光エネルギー → C6H12O6(ブドウ糖分子) + 6O2 】

酸素は、今でこそ、環境中になくてはならない存在ですが、細胞膜や遺伝子を傷つけ生命に害を及ぼす有毒物質。(いまも酸素は細胞膜や遺伝子を傷つけると言われていますね)この頃の生物は酸素のない環境でしか生きられない嫌気性の生物がほとんど、酸素という毒に耐性を持ったものはほとんどいません。酸素濃度が上昇することは、とんでもない環境破壊、生命の危機です。
(破傷風の菌は嫌気性と聞いたことがありました、なぜ空気中で生きられないのか、すずあきはいまになって解りました)

酸素は光合成の廃棄物、生物は「より、増える能力を持ったものが増えていく」という生命の進化を貫く基本的な原理によって増え続けた結果、今の人間による環境破壊とは、比べものにならない規模で、生物自らが作り出したものにより、それまで過ごしていた環境が激変。最初の生物による環境破壊が行われたのです。(人間だけが環境を破壊するのではないのね、生物の基本的な原理、増殖は、他の生物のことなど全く考えないのね)
そして、その変化に耐えることができない生物は死滅し、絶滅します。

生命は危機に直面し、それを乗り越えることにより新しい段階に進みます。危機に直面し、環境に適応した姿に変われなかった生命は、進化の表舞台からは姿を消していきます。






最初に誕生した生命は自然にある硫化水素などの栄養資源を分解する古細菌。そこから資源のないところでも自分自身で栄養を作り生きていける化学合成細菌・光合成細菌(シアノバクテリア)などの真生細菌が誕生。
その増殖に伴い海の底に沈んでいき、たまった細菌の死骸は有機物として新しい栄養源となり、海の底で暮らしていた古細菌の中から、それを食べるために適応してくる原始真核生物が現れます。

生物はアミノ酸を遺伝子DNAで自己のタンパク質にしていきますが、その基本単位の細胞に核があるかないかで、原核生物と真核生物に分けられます。原核生物は細菌類、真核生物は菌類、植物、動物など。

細菌類は小さな体で最小限の遺伝子を持ち、増殖スピードを最大限にさせる戦略を取り、原始真核生物は栄養を自分の体内に取り込んで消化するために、細胞のサイズを大きくさせていき、細胞膜の発達と共に次第に核の構造がつくられます。核の存在は多量の遺伝子を持つことを可能にします。

最初、原始真核生物は酸素のない海の底で暮らしていました。約20億年前頃、海中に酸素が増えるに従い、原始真核生物は酸素の脅威にさらされるようになり、危機にさらされた生命は危機を乗り越えるために次の段階に進化します。

ひとつめは「酸素分解酵素」です。酸素が遺伝子を傷つけることから自分を守ることが可能になりました。さらに重要なのがふたつめの「異なる生命の取り込み」です。この時点において誕生していた細菌の中には酸素を利用してエネルギーを作り出すものがいました。原始真核生物は、細菌を食べるために一旦体の中に取り込んでから消化・吸収をします。その過程で光利用細菌を取り込んだ後、消化せずに自分の体内で生かし続け、酸素の利用をさせるものが現れたのです。それが現在のほとんどの生物の細胞内に見られるミトコンドリアです。

ミトコンドリアを得ることにより、それまで毒物でしかなかった酸素を利用して大きなエネルギーを獲得する方法を得ることができました。それ以外にも複数の生命がお互いに取り込み、あるいは取り込まれていきながら激変する環境の中を生き延びていきました。酸素に対抗する能力を持てなかった生命は死滅するか、あるいは酸素のない環境で生き延びるかどちらかしかありませんでした。

こうして約20億年前に本格的な真核生物が誕生します。大きな体に大きなエネルギー、そして様々な機能と膨大な遺伝子を持てるようになり、進化の表舞台に躍り出ることになります。
細菌類は現在でも衰えることなく繁栄を続けてはいますが、最小限の遺伝子で生きることを選択したため、大きな形の変化はしませんでした。

このころ、動物と植物が誕生します。
もともと、「光エネルギーを栄養分に作り替える」という能力は細菌が持っていたものですが、その細菌を取り込むことにより、光合成の能力を持った真核生物が誕生し、植物へと枝分かれしていくものが現われます。
そして、葉緑素を持たなかった(もしくは持っていたが途中で放棄した)真核生物は積極的に栄養を取り込んで行かなくてはいけないため、運動能力を発達させていきます。

植物は動けないのではなく、動かなくても栄養を得ることが出来るので、運動する必要がないのです。
(そうだったのか、生物って基本は栄養を得られれば動かないのね、ダイエットは基本に逆らうことだから大変なのだ)

35億年前に細菌が始めた光合成は、この時から真核生物にもできるようになり、そこから生まれた植物は独自の進化をしていくことになります。


これを書くのにあたり、にほんまつ動物病院さんの生命の歩みがとても解かり易く参考にさせていただきました。


いやー、大変勉強になりました。




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コメント

なんか よくわかった気がします。大量の水のある惑星がみつかったってニュースがあったけど おもしろいですね。あのホーキング博士は地球以外の生命体を探るべきではないということをいってました。私はあと数十年地球がもてば いいかな。面白そうなお仕事がんばってくださいね。次は是非縄文のお話をお願いします。

2010/04/29 (Thu) 10:37 | peramama #- | URL | 編集

◆peramamaさんへ
縄文のお話し、ようやく地球規模のお話しが終わったので、少しずつ書いていきますね。
私、本当は古いものがそれほど好きではないのよ。
でも素敵なものは大好きなので、がんばってみます。

2010/05/01 (Sat) 05:00 | すずあき #NqNw5XB. | URL | 編集

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