酸素を「呼吸」する最初の生物は、約31億年前に地球上に出現したことが、新たな科学的推定で明らかになった。イスラエルの研究チームによる複数の微生物群の遺伝子解析は、微生物による酸素の利用が、いわゆる「大酸化イベント」より実に約6億年も早く始まっていたという、予想外の結論を導き出したのである。大酸化イベントとは、約24億年前に地球大気が酸素ガスで満たされていった出来事を指す。
130の微生物ファミリーのゲノムを解析
この研究を主導したのは、イスラエルのワイツマン科学研究所の生化学者ダン・タウフィック(Dan Tawfik)博士らのチームであり、成果は学術誌「Nature Ecology & Evolution」に発表された。研究チームは、現生の最古級の微生物、すなわち細菌などの原核生物130ファミリーのゲノムを解析した。
その結果、酸素を利用あるいは生成する約700種類の酵素の遺伝子をもとに、進化の「系統樹」が作成された。さらに「分子時計」と呼ばれる手法を用いて、それぞれの酵素がいつ進化したのかが推定されたのである。
31億年前に酸素利用微生物が明確に出現
130ファミリーのうち、比較的高い精度で年代測定できたのは36ファミリーだった。タウフィック博士はこう語る。「私たちは非常に印象的なものを目にしました。30億~31億年前に、酸素を利用する微生物が明確に出現していたのです」。36ファミリーのうち22はちょうどその時期に出現し、12はその後、2だけがそれ以前だったという。
酸素を利用するタンパク質(酵素)の出現は、好気性微生物誕生における重大な転換点となった。それまでの地球は、本質的に嫌気性(酸素なし)の世界だったのだ。科学者の間では、初期の地球の大気や海洋には酸素ガスがほとんど存在しなかったという見解で概ね一致している。
シアノバクテリアは酸素を作るだけで使わなかった
ただし、比較的早い時期から多少の酸素が存在していたことを示す証拠もある。光合成を行う初期の微生物であるシアノバクテリア(藍藻)は、おそらく35億年前頃には副産物として酸素を放出し始めていたが、自らはそれを利用していなかった。酸素を「呼吸」に使うようになるには、さらに数億年の歳月が必要だったのである。
今回のイスラエルの研究は、遺伝子の遡及解析に基づき、約31億年前に酸素を呼吸して利用し、より多くのエネルギーを生み出す微生物が出現したと推定している。おそらく酸素を呼吸・利用する能力は緩やかに進化し、当初は小さな環境の「ポケット」の中にとどまっていたが、その後数億年かけて徐々に地球全体へと広がっていったと考えられる。
大酸化イベント後、生命は爆発的に多様化
その後に訪れた「大酸化イベント」によって、地球の環境は劇的に変化し、生命は酸素のおかげで真の「爆発的進化」を遂げた。こうして多細胞生物が進化し、最終的には動物や人類へとつながっていったのである。
一方、カリフォルニア大学バークレー校の進化生物学者パトリック・シー(Patrick Shih)氏など、他の研究者たちはより慎重な姿勢を見せている。遺伝子解析と年代測定の基盤となる「分子時計」法はまだ発展途上の科学であり、その結論には一定の不確実性が伴うためだ。
出典:APE-ME