Image: University of Bristol/Paul Kenrich
初期の陸生植物はこちらのアイスランドの溶岩原に生えている蘚類や地衣類に似ていたそうです

すべて、苔のおかげです。

何億年ものあいだ、地球上の生命は太古の海に守られ水中で暮らしてきました。そんな水生生活にくぎりをつけて、えいやッ!と初めて陸に上がってきたのは植物たち。その後の地球の姿をガラリと変えてしまう決定的なイベントでした。このほど新しい研究により、その決定的なイベントが今まで考えられていたより8000万年も前だったことがわかったようです。

米国科学アカデミー紀要(PNAS)に発表された最新の論文によると、地球初の陸生植物は5億年前に現れたそうです。今まで発見された最古の植物の化石は4億2000万年前のものですから、これより8000万年さかのぼる計算です。論文を発表したブリストル大学はじめイギリスの研究チームは、化石の記録から得られる情報に加えて、分子時計手法を使って現存の植物の遺伝子を解析し、新しい推測にたどり着いたとか。

聞きなれない分子時計法ですが、化石記録が充分残っていない生物の進化を考えるうえでよく使われるようです。今回の研究には直接関わっていないものの、その筋に詳しいオーストラリア国立大学の生物学者Simon Ho氏は、以下のように語っています。

DNAやタンパク質配列の進化の速度が多種多様な生物間においておよそ一定であると考えられることを、分子時計仮説といいます。その一定性から、ふたつの種(しゅ)の間に見られる遺伝子の違いは、その種に共通した祖先から今に至るまで経過した時間に比例することが導き出されます。

したがって、もしこの仮説が正しければ、進化の尺度を計る大変便利な手法(=分子時計手法)となります。特にプラナリア、サナダムシのような扁形動物やウィルスなど、化石記録を残しにくい生物の進化を考えるうえで非常に重要となってきます。

今回の研究で分子時計手法を使って調べたのは、地球上初めて陸に上がった緑藻類と呼ばれる藻や苔に似た植物たち。徐々に陸に適応したこれらの植物は、やがて針葉樹類や単子葉類、双子葉類などに多様化していきました。そうやって長い年月をかけて地表を覆っていった植物の根が水を求めて下へ伸びる過程で岩石を砕き、代謝物として排出する有機酸が岩石を溶かして、岩石の物理的・科学的風化につながりました。さらに、岩石の科学的風化はグローバルな炭素循環にも影響し、地球の二酸化炭素の濃度を減らすことで太古の地球に気候変動をもたらしたと研究チームは結論づけています。

植物の陸生化と繁栄は、岩石の風化を大幅にスピードアップさせて大気中の二酸化炭素濃度を劇的に減らしました。二酸化炭素は温室効果ガスですから、結果的に地球寒冷化につながったのです。

このように語るのは、共同主任研究員のひとり、Jennifer Morrisさん。

植物が先に陸に上がり、二酸化炭素をせっせと消費しながら水と酸素で地表を満たし、動物が住みやすい環境を整えてくれたんですね。要するに、植物なしではわれわれ動物は上陸できなかった可能性大なわけです。

Jenniferさんたち研究チームは分子時計手法を使って植物の化石記録の穴を埋めていき、最終的に新しい(というかもっと古い)陸生植物の起源にたどりつきました。

もうひとりの共同主任研究員、Mark Puttickさんは以下のように説明しています。

陸生植物の起源を推定するうえで、化石記録はあまりにまばらで不完全なため、正確とはいいがたいものでした。そこで化石記録のみに頼らずに、分子時計手法を使って計算したのです。現存している植物の遺伝子を比べて、化石記録をおおまかな指標にしつつその遺伝子情報の差から年代を割り出しました。結果、陸生植物の祖先をカンブリア紀までたどることができました。これは陸生動物が誕生した時期とほぼ重なっています。

初期の陸生植物の系譜はまだ詳しく知られていないため、今回の研究ではいくつかの異なるシナリオを想定して計算が行なわれました。それでも結果はすべて同じだったそうです。

植物の起源が8000万年も前倒しになったことで、当時の地球の姿もまたガラリと変わってくるようです。Jenniferさんは以下のように語っています。

コンピューターシミュレーションを使って太古の気候変動をモデリングする際、これまでは植物の化石記録を頼りに大気中の二酸化炭素の濃度を試算してきました。けれども今回の研究で、化石記録のみでは植物の起源を過小評価していることがわかりました。気候変動のモデルも更新する必要が出てきています。

大気中の二酸化炭素の濃度、そしてそれから推測できる大気の温度や気候についても、今後考え直していく必要がありそうです。

とはいえ、分子時計手法はあくまで仮説であり推測の域を出ません。もしカンブリア紀にさかのぼる植物の化石を発見できたら、それこそ植物が5億年前から地球上に生きていた動かぬ証拠となるのですが。

それにしても、今ここにある人間の命は苔や藻のお膳立てがあったからこそ…なんて考えると、風情に満ちた苔玉に余計にありがたみを感じてしまいます。


Image: University of Bristol/Paul Kenrich
Source: PNAS
Reference: Plant and Soil Sciences eLibrary

George Dvorsky - Gizmodo US[原文]
(山田ちとら)