Viva Origino 33 (2005) 208 - 234

Session 8 : COEVOLUTION OF EARTH AND LIFE
(地地球と生命の共進化)
Eiichi Tajika, (School of Science, University of Tokyo,7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033 Japan)
Akihiko Yamagishi, (Department of Molecular Biology, Tokyo University of Pharmacy and Life Science,
1432-1 Horinouchi, Hachioji-shi, Tokyo 192-0392 Japan)

Abstract
The symposium “Coevolution of earth and life” held in 30th SSOEL-Japan meeting- ISOLAB’05 isreported.

In the symposium, keynote lecture was provided by Prof. J. L. Kirschvink, who reported on

the Paleoproterozoic snowball earth hypothesis.

He explained the possibility that the climate disaster istriggered by the evolution of oxygenic photosynthesis.

Prof. A. Yamagishi reported his recent

experimental results of the last common ancestor of all the living organisms, which he named
Commonote.

His experimental results supported the hypothesis that the common ancestor washyperthermophilic.

Prof. S. Itoh reported the significance of the photosynthesis on the early evolutionof life and earth.

He proposed that the photosynthetic system has much more variation than recognizedearlier.

Prof. T. Hashimoto reported on his resent results of the analysis of 22 genes of eukaryotic

species.

He emphasized that the deep branching of three amitochondriate lineages, Microsporidia,Diplomonadida and Parabasalia are caused by the long-branch attraction, and is misleading.
Isozaki reported the mass extinction events in the Paleozoic.
mantle plume and Paleozoic-Mesozoic extinction.

Prof. Y.

He explained the possible relation ofThese reports illuminated the ever-increasing

knowledge in each of earth science and life science, though there are still many unsettled controversialissues.

However, every audience have noticed that these two fields of science can’t proceed ignoring theother and that the clearer picture of early history of earth and life is now emerging by the concomitant
progress of the two sciences.

Key words: Snowball earth, methane greenhouse, common ancestor, hyperthermophile, cyanobacteria,
photosynthetic bacteria, amitochondriate, eukaryotes, mass extinction, Paleozoic-Mesozoic Boundary.

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ISOLAB’05 シンポジウム「地球と生命の共進化」レポート
田近英一 1，山岸明彦 2
1 東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻 〒113-0033 東京都文京区本郷 7-3-1 理 1 号館
Email: tajika@eps.s.u-tokyo.ac.jp
2 東京薬科大学生命科学部分子生命科学科 〒192-0392 東京都八王子市堀之内 1432-1
E-mail: yamagish@LS.toyaku.ac.jp

地球史を通じて，地球環境と生命の進化

ユカタン半島付近に衝突し，それによって引は密接な関係にあった．生命の誕生もまた，き起こされた地球環境変動によって，恐竜や当時の地球環境の強い影響下で生じた出来事

アンモナイトを初めとする多くの生物種が絶のはずである．地球環境の変動は生物の活動滅したとされている(ただし，最もよく議論やその生存に大きな影響を及ぼす．たとえば，されている K/T 境界においてさえ，生物の大環境の激変は生物の絶滅をもたらし，生物の量絶滅メカニズムそのものは，まだ必ずしも絶滅は生物の進化と多様化を促進する要因でよく理解されているわけではない)．

あったとも考えられる．また，気候状態や酸一方，生命の進化が地球環境に影響を与化還元環境など，地球史を通じた環境条件のえてきた可能性も議論されている．たとえば，変化も，新しい環境への適応を通じて，生物メタン菌の活動によって，23 億年前以前の進化の重要な要因であったと思われる．

地球大気中にはメタンが高濃度で存在し，そ古生物学的な研究によれば，過去約 5 億の強い温室効果によって当時の地球が温暖な4 千万年間(顕生代)において生物の大量絶滅気候状態に維持されていた可能性が考えられ現象が 5 回生じ，そのつど生物種が大幅に入ている．そして，酸素発生型光合成生物(シれ替わってきた．いまから約 2 億 5 千万年前

アノバクテリア)の誕生によって，地球ではのペルム紀と三畳紀の境界(P/T 境界)では，本来安定に存在し得ないはずの酸素分子が大顕生代史上最大の大量絶滅イベントが生じた．

気の主成分になるという，驚くべき環境変化

P/T 境界においては，大規模火成活動によっがもたらされた．これによって，地表付近のて地球環境の大変動が引き起こされた可能性

酸化還元環境は大きく変わり，物質循環はよが議論されている．このとき，三葉虫やフズり複雑なものになった．また，シアノバクテリナ，四射サンゴなど，海棲生物種の(最大リアの出現は，大気組成を変えるにとどまら見積もりで)95%が絶滅したとされている．あず，大規模地球環境変動を引き起こした可能るいは，いまから 6500 万年前の白亜紀と第性も指摘されている．約 23 億年前まで大気三紀の境界(K/T 境界)イベントでは，直径約の温室効果を担っていたメタンが，酸素濃度10km 程度の地球外天体が現在のメキシコ・の増加とともに急激に酸化されたために，地- 229 -Viva Origino 33 (2005) 208 - 234

球が全球凍結したのではないか，という可能確実に存在していたことを意味する．彼は，性である．その後，いまから 4〜5 億年前のこの時期に遺伝子の水平伝搬によって光化学植物の陸上進出は，陸地を覆う土壌を安定化

系 I と II が結合し，最初の酸素発生型光合成させ，地表鉱物の化学風化作用の効率化を通生物であるシアノバクテリアが出現したことじて，地球の平均的な気候を寒冷化させたとが，全球凍結の直接の引き金になったのでは考えられている．

ないかと考えている．前述のように，酸素分

このように，地球と生命は互いに影響を子の放出によって当時の温室効果を担ってい及ぼしあって進化してきたのではないかといたメタンが急激に酸化された結果，地球全体う見方ができる．このような理解から，地球が凍結したのではないか，というのである．と生命の「共進化」という概念が提案され，バクテリアの成長速度を考慮した簡単なモデ

その具体的な事例についての研究が行われてル計算によれば，その時間スケールは 100 万いる．本セッションでは，この「地球と生命年足らずだという．最古の真核生物と考えらの共進化」というテーマを取り上げ，地球史れる化石が，このすぐ後の時代の地層から発における地球環境変動と生命進化の関わりに見されている．生物進化が破局的な地球環境ついての議論を行った．本セッションでは，変動を引き起こし，その後の地球環境を大き１つの招待講演と４つの一般講演が行われた．

く変え，その結果，さらなる生物進化(真核以下では，それぞれの概略をごく簡単に紹介生物の誕生)が促された，という壮大なストする．

ーリーが語られた．

まずはじめに，カリフォルニア工科大学ついで東京薬科大学の山岸明彦教授の Joeseph L. Kirschvink 教授 によ って "Theが ”Thermophiles and early evolution of life”

Paleoproterozoic snowball Earth: A climaticというタイトルで講演を行った．現存する遺disaster triggered by the evolution of oxygenic

伝子の解析から現在地球上に生息している生photosynthesis"と題する招待講演が行われた．

物がどのように進化してきたかということはKirschvink 教授は，過去の地球が全球凍結をかなり明らかになってきている．とりわけ経験したという，いわゆるスノーボールアー

16SrRNA 遺伝子の解析を元にした系統樹かス(全球凍結)仮説の提唱者である．彼は約 23

ら，全生物の共通の祖先（山岸教授はこれを億〜22 億年前においても，全球凍結が生じCommonote と名付けている）から，生物はたという古地磁気学的証拠を発見した．興味

まず古細菌と真正細菌の二つに分岐した．そ深いことに，南アフリカ共和国にみられるこの後，古細菌から真核生物が誕生した．全生の時代の氷河堆積物の直上には，地球史上最物の共通の祖先に関しては超好熱菌であると初のマンガン鉱床が形成されている．マンガいう説が日本では広く知られているが，世界ンは酸化還元電位がきわめて高い元素である

的にみるとこの説には多くの反論がでておりため，マンガン鉱床の形成は当時酸素分子が必ずしも定説とはいえない．そこで，山岸教- 230 -

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授は全生物の共通の祖先の持っていた遺伝子

evoutuion of Eukaryota as inferred from theの配列を推定し，その配列を部分的に持つ蛋

combined

白質を作成して，その耐熱性を調べた．そのsequence data”というタイトルで講演を行っ

実験結果は，全生物の共通の祖先が超好熱菌た．真核生物は核を持つ大型の細胞からなであるという説を支持するものであった．たる生物である．真核生物の細胞は古細菌とだし，最後に全生物の共通の祖先と生命の起共通の祖先を持つ未知の生物にミトコンド源（あるいは最初の生物）は区別して議論す

リアが共生して誕生したと考えられている．

べきであると付け加えた．

しかし，真核生物の初期進化に関する定説

phylogeny of multiple

molecular

次 の 名 古 屋 大 学 の 伊 藤 繁 教 授はない．広く用いられている 16SrRNA 遺伝

は”Evolution of photosyntehhsis on the planet子に基づく系統樹では，ミトコンドリアをearth”というタイトルで講演した．伊藤教授

持 た な い ３ つ の 生 物 群 （ Microsporidia,

は太陽光のエネルギーを生命に供給し進化をDiplomonadida, Parabasalia）が真核生物の根支えてきた光合成の重要性を強調した．光エ本付近に固まっている．しかし，橋本氏は 22

ネルギーは，分子の中心に Mg をもつ”クロの遺伝子の詳細な解析をおこなった．そのロフィル”色素により変換され電子の流れに結果これらの遺伝子が真核生物の根本にく変換される．初期光合成は H2S などの硫黄化るのは，ミトコンドリアを持たない生物の合物を電子源として使っていたが，やがて進化速度が非常に速いことに起因する系統

H2O を電子源として酸素を出すシアノバクテ

樹作成上の誤りであり，これらの生物群はリアが 27 億年前頃に生まれた．シアノバク

むしろ二次的にミトコンドリアを消失した

テリアの発生した酸素は大気を変え，地球表と指摘した．

層環境の大変革をもたらした．その後シアノ最後に，東京大学の磯崎行雄教授が"Massバクテリアの大型細胞内への共生で植物がう

extinction events in the Phanerozoic"というタイ

まれ，生物は陸上に進出した．光合成系にはトルで講演を行った．生物進化は，大局的に大きな多様性がみられ，その進化，特に酸素は，単純で小さな生物から徐々に複雑で大型発生の起源には謎が多い．伊藤氏は，従来知の生物へと進んできたと考えられるが，新しられていなかった「Mg ではなく，Zn を持つい分類群の出現は時間の流れに沿って順調にクロロフィルで光合成をする細菌」や，「新進んだわけではない．なぜならば，地球史を型の近赤外光で酸素をだすクロロフィルｄを通じて強制的な環境激変と既存分類群の絶滅つかうシアノバクテリア」などの新型光合成が起きてきたからである．前述のように，化系を発見した．講演では伊藤教授はこうした石記録が豊富な顕生代を通じて，5 回の大量発見に基づき，光合成と生命の進化の道筋，絶滅イベントが知られている．顕生代でおき多様性の意味を議論した．

た大量絶滅イベントで最大規模のものが，い筑 波 大 学 の 橋 本 哲 男 教 授 は “ Early

まから約 2 億 5 千万年前の P/T 境界で生じた．

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こうした絶滅境界では，原因を問わず，絶滅な関係に踏み込む深い内容のものであった．

時のグローバル環境ストレスを反映して，生最近の研究から地球と生命の深い関わり合い物の個体サイズが矮小化する“Lilliput 現象”がより具体的な形で明かになってきている．

が起きた，ということが紹介された．顕生代

しかし，地球科学と生物学のそれぞれの分野の絶滅研究は化石記録に基づいたものである

でも地球進化史初期の理解はほとんど進んでが，化石が残りにくい顕生代以前(先カンブないといってよく，それぞれの分野内での解リア時代)においても，同様の現象が観察さ釈の相違が多く残されている．さらに二つのれることが予想されると指摘した．

分野の結合はさらに多くの研究を必要としてこうした講演で，地球と生命の進化においることも明らかである．しかし，二つの分ける関係に関する最近の研究成果が地球科学野の研究の進展によって少しずつ重なりあうと生物学の両面から報告された．報告者は地部分ができ始めており，今後のより密接な情球科学あるいは生物学の研究者であるが，そ報交換の必要性を実感させるシンポジウムでの講演はどれも地球と生命という相互に密接あった．

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