宇宙での生命の起原と進化
山岸明彦
東京薬科大学生命科学部

Are we alone in the universe?
生命は、宇宙で我々だけか？

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アストロバイオロジー• 天文学• 惑星科学、地球物理学• 地球化学、化学進化• 地学的証拠• 生化学的研究• 熱水地帯の微生物生態• 遺伝子の証拠、分子進化学• 宇宙での微生物探査• 知的生命体探査

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惑星科学
地学的研究
証拠に基づいて考える暗黒星雲の中で太陽が誕生

5惑星の形成6

地球の誕生：45.6億年前

マグマオーシャン

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世界に知られる古い岩石（下山晃、月刊地球 17:44 1 より改変）
年代

産出地

岩石名

4 0 億年

カナダ、北西部

アカスタ片麻岩

3 8 億年

グリーンランド、イスア

イスア緑色岩イスアーゴッドハブ

アミツォーク片麻岩

シベリア、アルダン盾状地

片麻岩

中国、河北省

グラニュライト3 6 億年

カナダ、ラブラドアー片麻岩

3 4 億年

オーストラリア、北西部

ピルバラ緑色岩

3 7 億年

8大陸地殻の形成：４４－４５億年前
岩石中ジルコニウムの解析から。
T. M. Harrison et al. (2005) Science 310, 1947-1950

9原始海洋の形成：40-44億年前

10初期地球環境は不明• 初期地球の大気組成：CO2, CO, H2, CH4• 初期地球の温度？
• 初期大洋の組成？
• 初期地球の大陸？
• 40億年前まで隕石重爆撃？
• 酸素は？
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もう一度
地学証拠に基づいて考える

最古の生命の証拠

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Mojzsis, S. J. et al. 1996

Pilbara緑色岩中（35億年前）の最古の微化石(J. W. Schopf)

14現存するシアノバクテリアの細胞構造

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ストロマトライト

16

現在ストロマトライトのできている場所

オーストラリア、ハメリンプール 17

ノースポールのシリカ岩脈（磯崎行雄）

シアノバクテリアではない
18

ノースポール（35億年前）の微小化石（上野雄一郎）

19

深海底熱水噴出孔300℃の熱水が噴出している。
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さてそれでは35億年前の生物は？

20 mm(Beggiatoa alba, Micro*scope v5.0)
Beggiatoa (硫黄酸化菌) (Kalanetra et al., 2004)

••
•

50 mm

(AEM, 55:2909, 1989)
海底熱水地帯で発見されたBeggiatoa-like繊
維状生物 (Nelson et al., 1989)

Beggiatoa
硫黄酸化細菌
海底熱水噴出地帯にも形状の似た生物が確認されている（右図）

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35億年前の枕状溶岩から発見された化石 Beggiatoa?

当時、酸素が有ったか？

(Furnes et al. 2004)
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•Beggiatoaではなく、硫酸還元菌：
Kato, Yamagishi unpublished23メタン生成菌の存在：３５億年前
Y. Ueno et al. (2006) Nature 440, 516-519
岩石中のあわのメタンの同位体解析。

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非酸素発生光合成細菌
Tice and Lowe (2004) Nature 431, 549-55225光合成にも色々ある
光合成

太陽光光エネルギー
C O 2 + H 2O

生物の種類

有機化合物 + O 2

酸化生成物

植物
シアノバクテリア

水素（電子)
供与体
水水光合成細菌

硫化水素

硫酸

酸素分子
酸素分子

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35億年前• 熱水活動はあった。
• 温度は。液体の水はあった。
• 生物はいた。
– シアノバクテリア– 化学合成細菌（硫黄酸化菌、硫酸還元菌、メタン生成菌）– 光合成細菌？

• どんな生き物かまだわからない。
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Disequilibria around hydrothermal system

Earth crust
ReducedToday
H2 , S2- , Fe2Achaean
H2 , S2- , Fe2-Ocean

O2Atmosphere
Oxidized
Photosynthesis

SO42- , CO2 Photolysis H2O

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酸素の歴史は生命の初期進化を考える上で大変重要29•酸素の濃度はたぶん大変低かった。だけどひょっとすると高かったかも？

岐阜大川上伸一

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These oxidized sedimentary rocks formed at a time when the atmosphere is thought to havebeen oxygen-free. They may have arisen in special ways, such as at localized 'oxygen oases'
where photosynthesizing organisms enriched waters with oxygen. But they could indicate
problems, also raised by Ohmoto and colleagues' data1, with the consensus that Earth'satmosphere was oxygen-free until 2.4 billion years ago. a, Strelley Pool chert at Pilbara
Craton, Western Australia, is 3.43 billion years old, and is draped over older cherts holding
oxidized iron. b, Sedimentary jasper beds in the Barberton Mountains, South Africa, are
3.227 billion years old.
Nature 442, 873-874(2006) L. Paul Knauth硫酸はあった？

Science 262, 555 (1993)32

海洋中酸素、硫酸の存在？
• いつごろ？
• どの位の濃度？
• 局所的？
• 生物の種類、生態系を考える上で重要

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参考文献
••

•

下山晃, 1995: 原始地球と化学進化, 月刊地球, 海洋出版, 17, 440-447, T. M.; Blichert-Toft, J.; Müller, W.; Albarede, F.; Holden, P.; Mojzsis, S. J., 2005:
Heterogeneous Hadean Hafnium: Evidence of Continental Crust at 4.4 to 4.5 Ga, Science, 310,1947-1950
Mojzsis, S. J.; Arrhenius, G.; McKeegan, K. D.; Harrison, T. M.; Nutman, A. P.; Friend, C. R.
L., 1996: Evidence for life on Earth before 3,800 million years ago, Nature, 384, 55-59•Karen M. Kalanetra, Sherry L. Huston, and Douglas C. Nelson, 2004: Novel, Attached,Sulfur-Oxidizing Bacteria at Shallow Hydrothermal Vents Possess Vacuoles Not
Involved in Respiratory Nitrate Accumulation, Appl Environ Microbiol, 70, 7487-7496•Nelson, D. C., Wirsen C. O., Jannasch H. W., 1989: Characterization of large, autotrophic
Beggiatoa spp. abundant at hydrothermal vents of the Guaymas Basin, American Society forMicrobiology, 55, 2909-2917••Ueno, Yuichiro; Yamada, Keita; Yoshida, Naohiro; Maruyama, Shigenori; Isozaki, Yukio,
2006: Evidence from fluid inclusions for microbial methanogenesis in the early Archaean era,Nature, 440, 516-519
Tice, Michael M.; Lowe, Donald R., 2004: Photosynthetic microbial mats in the 3,416-Myrold ocean, Nature, 431, 549-552
Knauth, L. Paul, 2006: Earth Sciences: Signature required, Nature, 442, 873-874•Ohmoto, Hiroshi; Kakegawa, Takeshi; Lowe, Donald R., 1993: 3.4-Billion-Year-Old•Biogenic Pyrites from Barberton, South Africa: Sulfur Isotope Evidence, Science, 262,555-55734