スポンサーサイト

上記の広告は1ヶ月以上更新のないブログに表示されています。
新しい記事を書く事で広告が消せます。

20億年前から古生代

いつもは文章短くて、写真中心のブログですが(何しろ文才がないので)、ながながと地球の歴史を調べて書いたら、育てている木に動物が。何の動物かな、、、






さてさて、前回の続きです。

いまから約20億年前の地球のお話から。
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が、陸上は紫外線が降り注ぎ、生物はすめません。生物の陸上進出は、オゾン層が形成され、有害な紫外線をカットされるようになってからです。

酸素が地上に染み出すと紫外線のエネルギーで酸素分子が分解され、酸素原子となります。その酸素原子と酸素分子が結合してオゾンが生成されます。最初は地上付近でオゾン層が形成され、地上の酸素濃度が増すごとに上空=太陽に近い側へと移動していきます。オゾンは酸素と比べて分子量が多く重いのですが、オゾンがオゾン層よりも下降すると酸素分子に分解され、酸素分子が上昇すると紫外線と反応してオゾンが生成されるように出来たり壊れたりを繰り返して、現在の成層圏(地上15~30km)へと上昇していきました。






地球が出来てまもなく、二酸化炭素が多く含まれる大気に覆われていた時代には、温室効果と地球自体の熱とにより、地球は非常に熱い星でしたが、地球を高い濃度で覆っていた二酸化炭素は、時間の経過と共に、その濃度を下げていきます。

二酸化炭素は水に溶けやすいので、海中への取り込まれ、石灰岩の形成により二酸化炭素が減らされていき、やがて二酸化炭素を消費する生物の増殖により二酸化炭素が消費されます。

大陸の成長と分裂の繰り返しも二酸化炭素濃度の変動と気温の変化に密接に関わるそうです。大陸の成長と分裂は規則的に起こっており、それは地球内部の動きと密接に関わっています。

今までに超大陸は19億年前のヌーナ超大陸、10億年前のロディニア超大陸、7億年前のゴンドワナ超大陸、2.5億年前のパンゲア超大陸と何度も生成と分裂を繰り返してきているそうです。そのたびに地球は温暖化と寒冷化を繰り返してきているそうです。ちなみにあと2億年ほどするとアジアを中心とした超大陸が作られ、太平洋はなくなって大西洋が唯一の海洋となるそうです。

超大陸が成立するときは、火山活動が減り、二酸化炭素濃度は減少し、その温室効果は減っていき、地球から熱が逃げやすくなり、次第に地球表面の温度は下がり、寒冷化がおこります。地球上に氷河を作り、海水面は低下します。

約7.5から6億年前には地球は大きな氷河期に突入しました。気温の低下により海洋表面は凍り付きます。地球の表面を氷が広く覆うようになると、太陽の光は氷に反射されてしまい、熱エネルギーが地球に吸収されなくなってしまいます。温暖化効果の減少と太陽光の反射によって、地球表面は加速度的に氷に覆われていきます。

それ以前にも地球は何度か氷河期を迎えていたそうですが、赤道まで凍り付くことはありませんでした。この時の氷河は赤道周辺まで至り、あたかも地球が雪球のようになったと言われています(スノーボールアース)。
表面を氷に覆われた地球において、生命は海底深部や地球深部で細々と再び環境が整うのを待っていました。

地球の冷却と凍結は生命に危機を及ぼしますが、温度の低下したマントル内には海水が入り込みやすくなり、マントルに入り込んだ水分はマグマを形成し、火山活動を誘発します。また、大陸の分裂時には活発な火山活動が起こります。火山活動により地球内部からもたらされた二酸化炭素により温室効果が起こります。次第に大気と気温は安定し、生物が繁栄するための環境が整ってきます。






多細胞の生物は約10億年前頃誕生したと言われています。単細胞生物の中にも、お互いがくっつきあって生きているものもいました。やがて最初から多細胞として複数の細胞で一つの生命を構成するものが誕生します。
よりたくさんのエネルギーを扱い体を大型化させるには、一つの細胞で全てをまかなうよりも、お互いにまとまりあい機能を分化された方がより効率的です。
 
最初は体を支持する細胞と栄養の吸収・消化をする細胞の2つに分化したと思われます。そこからしだいに、筋肉や神経など、新しい組織と新しい機能が作られていきます。
機能を特化させることにより、体の仕組みは複雑になっていきます。細胞機能を分化させた生物は単細胞では生きていけなくなります。

約6億年前の先カンブリア紀に海洋中でエディアカラ生物群と呼ばれる生物群が繁栄をしました。厚さが1mmの扁平な形をする生物が主ですが、動物なのか植物なのかすらも分かっていません、現存する生物との関連性は疑問視されています。
このころ数十種類の生物がいたといわれていますが、その生物は不明。(明瞭な化石が出る最古の時代はカンブリア紀からです)
後期には海綿動物、クラゲ、イソギンチャク、サンゴ、ゴカイなどが出現したと考えられています。






カンブリア紀
約5億5千年前、それまで数十数種しかなかった生物が突如1万種もに爆発的に増加しました。この時代、奇妙きてれつな形をした生物=バージェスモンスターが多数現れ、さながら地球上が生命の大実験場でした。
軟体動物、腔腸動物、節足動物、環形動物などの無脊椎動物、中でも三葉虫等の節足動物が繁栄し、藻類が栄えた時代です。

ちなみに、カンブリアという名前は、この時代の岩石が出土し研究された最初の地であるウェールズ(イギリス)の古名が由来。

様々な形態を持った生物が現れる中から、現在まで続く基本的な生命の形ができあがりますが、その土台は、カンブリア紀が始まる前の、先カンブリア紀の時代にすでにできあがっていたとのこと。
先カンブリア紀には、それぞれの系統の祖先が、それぞれの体のメカニズムを持ち、氷河期が終わる温暖な気候を待って、一気に外見的にも多様になった、というのがカンブリア爆発でおこったシナリオのようです。

外見的な多様性を持つに至ったきっかけは、まだ明らかにはなっていませんが、ひとつの説としては、生物にとって最も重要な感覚器である「眼」を持つ生物が誕生したことによって、食う食われるの食物連鎖の流れが加速し、その淘汰圧が生物をして多様な姿を持つに至らせた、という考えがされています。

このころ固い殻を持った生物が多数誕生しています。食べられることから身を守ったと考えられます。それまでのそれぞれがばらばらに生活していた時代から食う食われるの捕食関係ができあがり、多種多様の生物の生態系ができはじめます。

また多様化することができた背景には、細胞が核膜を得たことが大きく貢献していると言われています。
遺伝子情報が細胞の中にまばらに存在している原核生物に比べて、核膜をもった真核生物では、よりたくさんの遺伝情報を持つことが出来ます。原核生物は遺伝子が1本ですが、真核生物は遺伝子が2本。原核生物は生きるのに必要な最低限の遺伝子だけしか持てませんが、真核生物はかつて使っていた遺伝情報や今は使わないけども将来役に立つかも知れない遺伝情報などをストックしておくことが出来ます。

また9億年前頃から有性生殖というメカニズムが現れたのも重要です。
有性生殖においては、2つの個体が遺伝情報を半分ずつ出し合うことにより、2つの個体から自分たちとは微妙に違う個体が作られます。それに加え、遺伝子を2本持っているため遺伝子変異の形質への影響を減らすことが可能です。

無性生殖を行う生物では、細胞が2分裂し、自分と同じ個体が増えていくだけです。増殖スピードははるかに速いのですが、同じ遺伝情報であるため、分裂を繰り返しても、変化はあまり見られません。

有性生殖を行う生物では、遺伝的な揺らぎの中で、少しずつ異なる形質の子孫が生まれ、その中から環境により適した形質の子孫が増えていくことができます。
生物は、これまでの「増える」という原理に加え、もうひとつの柱である、「環境の変化に合わせて自分の形を変えていく」という原理を確立させました。

バージェスモンスター達はやがて進化の途中で姿を消しますが、生き残ったものの中から新しい生物が進化します。中でもこの時期に生まれた生物の中に体の中に脊索を持つものがいました。この生物から後に脊椎動物が誕生します。現在知られている最古の原始的な脊索動物は、ピカイアという生物であり、ミミズに似ています。

脊索動物は現在でもホヤとして残っています。ホヤの成体は岩にくっついていますが、幼体は岩に自分で泳いでたどりつきます。(すずあき、ホヤは大好き、酒の肴にいいですよ)

魚類が出現します。最初の魚はひれも顎もなく、魚としては不完全でした。

カンブリア紀末には生物の大量絶滅が何度も起きており、殻に覆われた腕足動物の多くをはじめ、さまざまな生物が絶滅した。この時期には三葉虫も大きく数を減らしています。
(何々紀の最後は環境激変か何らかの現象で、生物が多量に絶滅し、その次の紀にはまた別種の生物が大繁栄します)






オルドビス紀
約5億年前から

オルドビス紀には、世界のほとんどの陸塊が1つに集まって超大陸ゴンドワナが作られます。コンドワナは南へ移動を続けます。地球の大半の地域で気候は温暖湿潤であり、海水面は現在よりも600メートルほど高かったので、大部分が海面下にありました。

生命に満ちた海です。オルドビス紀初期は、三葉虫など生き残った生物と、カンブリア紀に死に絶えた動物の空白を埋めるように進化した新しい動物とが繁栄します。その中で最高次捕食者として繁栄したのは、触手を持つ軟体動物の一種で、現在のイカに似たオウムガイ。

海のハンターのもう1つのグループは、小さな歯の化石でよく知られる神秘的なコノドントである。完全な状態の化石もわずかに見つかっており、コノドントはヒレを持ったウナギのような生物で、獲物を探す大きな目があったと考えられています。現在ではコノドントは真の脊椎動物であったとされていますが、この系統は既に絶滅しています。

化石記録からは、この時代に魚類が多種多様に進化したことがわかっています。当時の魚類は小さく、口は下向きで先が細くなり、アゴがない。これは、海底のエサを吸い込み、ろ過して食べていたと思われます。ヤツメウナギやヌタウナギは、そうした魚の現生種です。

岩礁はサンゴが繁栄します。それからヒトデの仲間である大きなウミユリも固着し、羽のような腕を海中の流れにたなびかせてエサとなる粒子を集めていました。

固い体を持つ節足動物は陸へ上がる機会をうかがうようになります。淡水との境界付近や浅い潟に入り込んだ節足動物の中には、その名前とは違ってクモやサソリの系統に近いカブトガニがいた可能性が高いとのこと。こうした種のいくつかは現在も生き続ける“生きた化石”であり、アメリカ東部の沿岸などでは毎年春になるとカブトガニが産卵のために漂着するとのことです。

オルドビス紀には、最初の原始的な植物が、かつて不毛の地だった陸地に出現。

このような陸上での生活への第一歩は、オルドビス紀末に地球を襲った寒冷化のために短い期間で終わってしまいます。
オルドビス紀後期に超大陸ゴンドワナが南極点に落ち着くと、その中央部に巨大な氷河が形成され、氷河はその後2000万年続く氷河期の前触れとなり、生命にあふれる浅い海は後退していきます。
この寒冷化によって、全時代を通じて2番目の規模となる大量絶滅が起こり、オルドビス紀の最後、約4億4300万年前に全海洋動物種の少なくとも半分が姿を消しましたた。







シルル紀
約4億3500万年前から約4億1000万年前。(いままで億年単位の話を書いていたので、2500万年間が短く感じられてしまいます。でも今が西暦2000年、その万倍以上なんですね)

シルル紀初期、南半球にはゴンドワナ大陸というかなり大きな大陸があり、赤道付近には、シベリア大陸、ローレンシア大陸、バルティカ大陸という3つの中程度の大きさの大陸、そしてアバロニア大陸という微小大陸がありました。ローレンシア大陸、バルティカ大陸、アバロニア大陸の間にはイアペトゥス海という浅い海が広がり、多くの生物が繁栄していました。しかし、3つの大陸は徐々に接近し、約4億2000万年前に衝突し、イアペトゥス海は消滅し、ユーラメリカ大陸が形成されます。

シルル紀に、ついに動植物が陸上に進出しますが、シルル紀の初めには、オルドビス紀の壊滅的な大量絶滅に続く生物学的な再編成の期間がありました。

気温と海面の上昇によって初期の浅い海の環境が再生されるのに伴い、大量絶滅からの回復は海洋で急速に進みます。熱帯の澄んだ海には巨大な岩礁が繁栄するようになます。岩礁を構築する生物には、コケムシなどの以前から生息していた種のほかに、サンゴや層孔虫と呼ばれる古代の海綿動物が加わり、堅い外殻を発達させていきます。サンゴをはじめとする海洋生物は、プランクトンなどの微小な生物で満たされた海によってさらに繁栄します。

食物連鎖の最上位には、恐ろしげな姿のウミサソリが位置していました。一部の種は体長2メートルを超え、史上最大の節足動物と考えられています。ウミサソリは後代のサソリに似た特徴を持ち、一対の巨大な複眼で原始の魚を追い求め、カニのような強力なハサミで獲物を捕らえていたそうです。

この時代、魚類は既に多様化が進み、顎をもった最初の魚類が現れますが、シルル紀にはまだ大型化しません。

陸上には地面を這い回る虫も現れ始めます。最初は小さくほんの2~3センチの大きさしかなかった虫ですが、この地上の先駆者となった節足動物の中には原始的なムカデやクモ形類動物、クモの祖先なども含まれていました。

約4億3000万年前に、最初の真の植物が陸地に根を張るようになります。発達した堅い茎は大地から直立して伸び、すべての維管束植物が持つ管状組織によって水と栄養分の搬送ができるようになりました。最初は葉がなかったが、続いてコケ類などが現れ、水辺の植生で薄い層を構成し、水生動物の陸上への移行を助けることになります。

シルル紀の気候は総じて暖かく安定していました。シルル紀末には気候変動と連動して一連の絶滅が起こりましたが、他の地質年代に起きた絶滅と比べると小規模でした。






デボン紀で~す
約4億1600万年前から約3億6700万年前までの時期

シルル紀に複数の陸塊同士が衝突したことにより誕生したユーラメシア大陸が、赤道直下に存在していました。巨大な山脈を有し、大気の流れを大きく遮ることにより、恒常的な降雨を周辺地域にもたらします。これにより、長大な河川がその大陸に出現するようになり、その河川に沿って動植物が大陸内部まで活動範囲を拡げていきました。

植物の陸棲化は、シルル紀には開始されましたが、デボン紀にはシダ状の葉を持つ樹木状の植物アーキオプテリスがその河川に沿って植生域を拡げ、最古の森林を形成していきました。乾燥した陸上でも生存できる新種の植物が出現し、植物が湿地以外にも生息範囲を広げ始めます。末期には、茎のある植物が丈夫な木質構造を発達させ、枝や葉を伸ばせるまでに進化し、高さ30メートルに達する種も出現。また、初期のシダやトクサ、種子植物もデボン紀が終わる前には出現しています。
この森林の拡大にしたがい、湿地帯も同時に形成されていきます。この河川と森林、そして湿地帯の存在が、昆虫類や硬骨魚類、さらには両生類の進化をうながしました。

海洋では、河川から流れてくる栄養もあり、コケムシやサンゴが大規模なコロニーを形成。これに腕足類やウミユリ、三葉虫や甲殻類、直角殻のオウムガイが生息。アンモナイトもこの時代に誕生しました。(アンモナイトは6500万年前の白亜期末まで生存)

この豊かな海の時代には、非常に多様な魚類が出現したため、魚の時代とも呼ばれています。中でも、頭部が骨板に覆われていた板皮類(ばんぴるい)が最も支配的な存在でした。アゴに刃状の骨板が並んで歯の役割を果たし、初期の板皮類は軟体動物などの無脊椎動物を捕食していましたが、後期には魚類を食いちぎる獰猛な怪物へと進化し、体長も最大10メートルまで成長するようになりました。

サメなどの軟骨魚類もこの時代の海に出現しました。
現世の大部分が属する硬骨魚類も、この時期に河川域で進化したと考えられています。

後期には両生類も出現します。
デボン紀の地層で発見された化石は、魚類と最初の陸生脊椎動物の間を結ぶ重要な生物であると考えられています。ワニのような頭部と力強い骨質のヒレを備え、ヒレは浅い海や陸上で移動する際に脚のように使われていたと科学者たちは考えています。この魚はほかにも陸生生物の特徴を備えており、肋骨や首だけでなく、鼻先には呼吸をするための鼻腔も存在しています。

一方、初期の両生類は単純な肺または皮膚で呼吸をしていました。水中を主な生息場所とし、捕食魚から身を守るときだけ陸へ上がっていたのでないかと考えられています。

昆虫も出現します。脊椎動物よりも先に、節足動物の陸棲化が進みます。シルル紀には既に多足類(ダニ、ムカデなど)が陸上に姿を現していますが、さらにデボン紀前期には昆虫が地上に誕生します。近年の遺伝子解析から甲殻類(カニ、エビなど)かその近縁の鰓脚類(ミジンコ、フジツボなど)がより近いと判明しています。この結果から、後期シルル紀の淡水域には、現在の淡水のミジンコと昆虫の共通の祖先がおり、河川と陸上の境界域で進化を重ね、地上に進出したと考えられています。しかし、デボン紀の昆虫は原始的な種のみであり、現在発見されている化石からは翅の獲得はみられません。現生の昆虫類は動物種の大半を占めるほど多種ですが、その多様な進化は、石炭紀以降で顕著になったと思われます。

デボン紀後期には8から10回、気候の寒暖、海水面の後退、乾燥化、低酸素化などの大きな環境変化が発生し海洋生物種の82%が絶滅します。陸に進出した植物はそれほど被害を受けることはなかったようです。






石炭紀。3億6700万年前から2億8900万年前までの時期。名前の由来はこの時代の地層から多く石炭を産することによります。
この地層から石炭を産するのは当時非常に大きな森林が形成されていたことの証です。昆虫や両生類が栄えた時代。爬虫類もこの時代に登場します。

年間を通して季節の変化はあまりなく、1年中湿潤な熱帯気候であったといわれています。

陸上では、シダ植物が発達します。巨大なシダ類が繁栄し、標準的なものでも20m~30mの高さがあり、湿地帯に大森林を形成していました。

沼沢林が拡大すると、二酸化炭素が大量に吸収され、酸素が過剰に供給されるようになります。現在の酸素濃度は21%ですが、この時期は最高で約35%にまで達していました。昆虫などの生物がどこまで大きくなるかは、呼吸可能な酸素の量で決まると考えられています。

石炭紀には、約2メートルに成長する猛毒のムカデ類のほか、最大1メートルにもなる巨大なゴキブリやサソリも地を這って歩いていた。また、翅を持った昆虫が初めて出現、これらは史上初めて空へ進出した生物です。翼長70cmの巨大トンボの化石も見つかっています。

石炭紀には両生類も大型化と多様化が進んでいきます。例えば、鋭い歯を持つ現生のワニに似た捕食種が生息していたが、その体長は最大で約6メートル。一部の両生類は水から長時間離れても乾燥してしまわないように、厚みのあるウロコ状の皮膚を発達させる。また、有羊膜卵(液体を保持する膜で内部を保護する)を生むという画期的な進化的適応を遂げ、両生類の生息域が湿地以外に広がったのもこの時期です。
ほどなくして、初期の爬虫類も出現している。化石化した石炭紀の切り株の中で発見された化石から判断すると、初期の爬虫類は動きの素早いトカゲに似た小動物だった。

石炭紀が終わる頃には地球のすべての大陸が1カ所に集まり始め、超大陸パンゲアが形成されようとし、終盤には数百万年に渡る氷河期が到来し多くの生物が死滅します。






ペルム紀。今から約2億9000万年前から約2億5100万年前まで。古生代最後、ようやくここまで来ましたよ。

ペルム紀の初期には、赤道付近に存在していたユーラメリカ大陸と、南半球から北上してきたゴンドワナ大陸が衝突し、パンゲア大陸と呼ばれる超大陸が形成されている。北半球にはシベリア大陸が存在していたが、やがてシベリア大陸もパンゲア大陸と衝突し、ウラル山脈が形成され、ほぼ全ての陸地が1つの超大陸としてまとまることとなった。パンゲア大陸は赤道を挟み三日月状(Cの字)の形をとった。

ペルム紀の初期には、ゴンドワナ大陸が南極地域にあり、大規模な氷床が発達していたため、気候は寒冷だった。しかしゴンドワナ大陸が北上して南極地域を脱すると、氷床は融解し、気温は上昇に転じる。ペルム紀の末期には激しい気温上昇が起こり、地球の平均気温は23℃にも達した。これは6億年前から現在まででもっとも高い気温です。

様々な植物が生息し、石炭紀に生い茂っていた沼沢林も、しだいに針葉樹(マツ、モミなど)やイチョウ、ソテツなど、乾燥に強い植物に置きかわっていきます。

動物では、爬虫類が両生類をしのぐほど繁栄しました。初期の爬虫類は新しい環境にうまく適応。湿度を保持する厚みのある皮膚に守られ、両生類がかつて君臨していた土地に移っていきます。そうして時が経つにつれ、爬虫類は砂漠のような生息環境にも高い適応能力を見せるようになり、現在も繁栄を築いています。

変温動物の爬虫類は、氷点下にいたる夜の寒さから摂氏40度に至る日中の暑さまで、激しい寒暖の変化に対応しなければならず、ある種は、熱交換器の機能がある帆のような突起物が背中にあり、昼間は太陽光を吸収して不活発な体を温めていたと考えられています。

また、我々哺乳類の祖先に当たる哺乳類型爬虫類は、自らの体内で体温を保つ方法を獲得します。消化の際に発生する熱を保持することで最終的に恒温動物に進化したというのが、科学者たちの考え。代謝が活発になったこれらの爬虫類はパンゲア内陸部の厳しい環境を生き抜き、ペルム紀後期の陸上で支配的な動物となりました。
その後、哺乳類型爬虫類は、牙を持つ肉食獣から動きの鈍い草食獣まで、さまざまな形態に急速に進化していきます。一部は巨大化し、1トンを超える種もいました。ペルム紀後期に現れた小型の種は、温血で断熱のために体毛をまとっており、哺乳類はそこから進化したと考えられています。

浅い海には、豊富な軟体動物、棘皮動物、腕足動物、三葉虫なども繁栄しています。
海では扇形のヒレと厚く重いウロコを持つ硬骨魚によって支配されるようになります。広大な岩礁群はイカに似たオウムガイが身を隠す場所となり、らせん状にきつく丸まった殻を持つアンモナイトがペルム紀の化石として広範囲で見つかっています。

ペルム紀の終わりに、地球史上最大規模とも言われる大量絶滅が起こります。90%以上の海洋種と70%以上の地上動物が死に絶え、生き延びた動物はごくわずかしかいなかったたと推定されています。
原因はまだよくわかっていないが、一部の科学者たちは、連続した火山噴火(噴出した溶岩の量は、富士山が過去一万年間で噴出した溶岩の量の10万倍である)による大量の粉じんが大気中に広がって地表を覆ったために太陽光が遮られ、気温が大幅に低下し、植物の光合成が阻害され、食物連鎖の崩壊が引き起こされたと考えています。


スポンサーサイト

コメント

コメントの投稿


管理者にだけ表示を許可する

上記広告は1ヶ月以上更新のないブログに表示されています。新しい記事を書くことで広告を消せます。