画像クレジット：NASA
2人の探査機が火星に水の兆候と生命の先駆者を求めて捜索しているとき、地球化学者は地球の古代の海が今日のものとは大きく異なっていたという証拠を発見しました。ジャーナルScienceの今週号で発表された研究は、地球の生命を与える海には今日よりも少ない酸素が含まれており、以前考えられていたよりも10億年も長く酸素が不足していた可能性があることを示す新しいデータを引用しています。これらの調査結果は、複雑な生命が発生してから何十億年もかろうじて進化した理由を説明するのに役立ちます。
全米科学財団（NSF）から資金提供を受け、ロチェスター大学と提携している科学者たちは、海洋酸素が世界的にどのように変化したかを明らかにする新しい方法を開拓しました。ほとんどの地質学者は、約20億年前まで海洋に溶存する酸素は事実上存在せず、過去5億年間のほとんどの期間、酸素が豊富であったことに同意しています。しかし、その間の期間については常に謎がありました。
地球化学者は、特定の領域で古代の酸素の兆候を検出する方法を開発しましたが、地球の海全体では検出しませんでした。しかし、チームの方法は、世界中のすべての海洋の性質を把握するために推定することができます。
「これは、地球の海洋がその間に酸素が少なかったことの最も直接的な証拠です」とロチェスター大学の地球と環境科学の博士課程の学生で研究論文の筆頭著者であるゲイルアーノルドは言います。
NSFの地球科学部門のプログラムディレクターであるエンリケタバレラを追加します。「この研究は、科学者が海洋環境の地球規模の摂動を確認できるようにする、モリブデンアイソトープの適用という新しいアプローチに基づいています。これらの同位体は、時々、地質学的記録全体で無酸素海洋条件を探索するための新しい扉を開きます。」
アーノルドは、10億年以上前に海底にあったオーストラリア北部の岩石を、彼女と共同執筆者のジェーンバーリングとアリエルアンバーが開発した新しい方法を使用して調べました。以前の研究者は数メートルの岩を掘り下げてその化学組成をテストし、安全に保護された海洋に関する元の情報が保持されていることを確認しました。チームメンバーはそれらの岩石を研究室に持ち帰り、そこでマルチコレクター誘導結合プラズマ質量分析計と呼ばれる新しく開発された技術を使用して、岩石内のモリブデン同位体を調べました。
元素のモリブデンは、川の流出水から海に入り、海水に溶解し、何十万年もの間溶解し続けることができます。非常に長い間溶液中に留まることにより、モリブデンは海洋全体によく混ざり、優れた地球規模の指標になります。次に、海から取り除かれ、海底の2種類の堆積物に分類されます。海底にあるものは、酸素が豊富で、酸素が少ないものです。
ミズーリ大学の共著者であるティモシーライオンズと協力して、ロチェスターチームは現代の海底のサンプルを調査しました。彼らは、堆積物中のモリブデンの同位体の化学的挙動は、上にある水の酸素量によって異なることを学びました。結果として、地球規模の海洋におけるモリブデン同位体の化学は、海水が酸素に乏しいかどうかに依存します。彼らはまた、特定の種類の岩石に含まれるモリブデンが古代の海に関するこの情報を記録していることを発見しました。現代のサンプルと比較して、オーストラリアからの岩石中のモリブデン化学の測定値は、酸素がはるかに少ない海を指しています。
どのくらい酸素が少ないかが問題です。無酸素海でいっぱいの世界は、進化に深刻な影響を与える可能性があります。真核生物は細菌を除くすべての生物を構成する細胞の一種であり、27億年前の早い段階で地質記録に記載されています。しかし、多くの細胞（植物や動物の祖先）を持つ真核生物は、海が酸素に富むようになるおよそ5億年前まで現れませんでした。ハーバード大学の古生物学者Andrew Knollとともに、Anbarは以前、無酸素海洋の長期化が、より複雑な真核生物が多産細菌の従兄弟が繁栄している間にほとんど生計を立てなかった理由の鍵であるという仮説を以前に進めました。アーノルドの研究は、この仮説を検証する上で重要なステップです。
「私たち自身の惑星の海洋の歴史についてほとんど知らないのは驚くべきことです」とAnbar氏は言います。 「海に酸素が存在したかどうかは、簡単に答えられると思われる単純な化学的質問です。ロックレコードからの情報をいじめるのがどれほど難しいか、そして私たちが自分たちの起源について学ぶことがどれほど多くあるかを示しています。」
古代の海で酸素がどれだけ少ないかを理解することが次のステップです。科学者たちは、この問題に答えるためにモリブデン化学の研究を続け、NSFとNASA（初期の研究を支援した機関）からのサポートを継続する予定です。この情報は、私たち自身の進化に光を当てるだけでなく、地球外の生命を探すときに私たちが探すべき条件を理解するのに役立ちます。
元のソース：NSFニュースリリース
