ブログ 「ごまめの歯軋り」

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読書ノート  清川昌一 伊藤孝 池原実 尾上哲司著 「地球全史スーパー年表」 (岩波書店)

2015年03月31日 | 書評
宇宙の誕生から138億年、地球の誕生から45億年の時空のタイムワープ 第5回

地球生命史七大事件と生命の発展

① 原始生命の誕生(約40億年前)
宇宙の元素は赤色巨星内で起きた核融合反応によって合成され、超新星爆発を通して星間空間に放出されたと考えられている。宇宙から飛来する隕石や彗星には多様なアミノ酸が含まれているから、生命体の一部は宇宙から地球に搬入されたのかもしれない。地球生命が誕生した時期は実は直接的な証拠はない。38億年前の堆積変性岩中の化学化石が唯一の情報である。岩石中の炭素元素の同位体組成が生物起源だと、天然にくらべて偏っているのである。何度も生まれては隕石などの破壊によって抹殺されたかもしれない。どのような微生物であったかは全く分らない。ただ生物起源と見なされる炭素組成が38億年前の変成岩中にあったというだけである。
② 原核細胞(バクテリア)の出現(38-35億年前)
オーストラリアのノースポールで35億年前の「フィラメント状のバクテリア」化石が発見された。深海堆積物のT型チャートといわれる石英からなる岩石(枕状溶岩)であった。岩石の生成の特徴から、深海の熱水噴出孔(ブラックスモーカ)付近で棲息していた独立栄養嫌気性耐熱細菌と見られる。現在の遺伝子系統図からいえば原核細菌(遺伝子の核はあるが核膜はない)の元祖に当るのであろう。当時はまだ海洋表面や地表部分は紫外線に曝されるので危険だった。深海で化学栄養からエネルギーを得て生きていたのであろう。
③ 光合成の開始(27億年前) 
西オーストラリアのピルバラから27億年前の柱状「ストロマトライト」化石が発見された。酸素発生型光合成細菌シアノバクター(藍色細菌)であった。細菌のコロニーが石灰岩と層状構造を有する。捕食者が現れる前の先カンブリア紀の浅い海底にストロマトライトが林立していたと想像される。シアノバクターは水と炭酸ガスからエネルギーを得る光化学系Ⅱ型で酸素を放出する。これは植物の先祖である。海底でストロマトライトが発生した酸素ガスは鉄を酸化して酸化鉄が沈殿し、今日の縞状鉄鉱層BIFを作った。
④ 真核細胞の出現(21億年前)
20億年前には海水中の溶存酸素量が増え、大気中の酸素分圧は飛躍的に増加した。三村芳和著 「酸素のはなしー生物を育んだ気体」 中公新書でも紹介したが、電子伝達系という膜たんぱく質系で、生物は水素を電子供与体、酸素を電子受容体とするシステムを作って効率のよいエネルギー生産が出来るようになった。それを集中して行う器官としてミトコンドリア、葉緑体を持つ生物へ移った。このミトコンドリアという小器官はたんぱく質製造工場であるリボゾームと同様に親細胞とは違う独自の遺伝子情報を持つ。すなわち生物は共生菌からこのように特化した器官を導入したのである。21億年前に誕生した我々の先祖である真核性細菌の進化系統図を描くのは現在ではまだ難しい。おおまかにいえば、光合成細菌から分岐した真正細菌系と、古細菌系の二つの輪があるとされている。27億年前に生まれたシアノバクテリアから葉緑体が発生し、ミトコンドリアや葉緑体というエネルギー代謝に重要な細胞内小器官はいずれも光合成細菌に由来する。生物は酸素利用型の効率的エネルギー獲得システムへ進化した。細胞の大型化と細胞内小器官によって、細胞は飛躍的に進化し性分化もできた。
⑤ 多細胞生物の出現(10億年前)
カナダの藻類化石(紅藻に似た)が最古の真核多細胞生物の記録である。シベリアには9億年前の細胞壁を持つ植物化石も発見された。化石の中で生物由来の化石(バイオマーカー)が著しく多くなるのも10億年以降のことである。大型化・多様化・植物と後生動物が特徴である。そして生物は従属栄養(捕食関係)が主体となる。生物の形態はフィラメント状からシート状に変化し、体に中心が見られるようになる。これは外骨格の形成につながるのである。又中枢神経系の発生ももうすぐである。
⑥ 硬い骨格生物の出現(5.5億年前)
初期後生動物から柔らかい体を持つ「エディアカラ生物群」を捕食するハンターである「カンブリア紀動物群」が5.5億年前から隆盛を向かえた。海老や蟹のような硬い殻を持つ生物化石がでてくるのである。捕食上位の動物には俊敏な運動能力、アゴのような機械的破細器官、溶解液分泌器官が必要である。カンブリア紀初めには後世動物の多様化は目覚しく、節足動物、鰓動物、海綿動物などが出現した。これを「カンブリア紀の大爆発」と呼ぶ。
⑦ 人類の出現(500万年前)
生物の陸上進出はシルル紀(約4億5000万年前)に始まった。陸上の景観が変わるのも4億年前からである。シダ植物が広く繁殖し、デボン紀から石炭紀(4億年前ー3億年前)には森林という景観が地球上に現れた。脊椎動物の中から両生類・爬虫類・哺乳類、節足動物の中から昆虫類が現れて多様化した。恐竜の絶滅が6500万年前にあって哺乳類に代わったが、ついに500万年前に人類が誕生した。

(つづく)

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読書ノート  清川昌一 伊藤孝 池原実 尾上哲司著 「地球全史スーパー年表」 (岩波書店 2014年)

2015年03月30日 | 書評
宇宙の誕生から138億年、地球の誕生から45億年の時空のタイムワープ 第4回

「地球全史スーパー年表」のイベント情報として、①岩石・大陸・テクトニクス ②大気・気候関係 ③生物関係 からなっている。時代区分(時間軸)は①累代(冥王代、太古代、原生代、顕生代) ②代 ③紀 ④期 ⑤考古学区分(8000万年以後) ⑥日本史区分(1万6000年以後)となっている。変動グラフとして、①酸素濃度・海水準 ②海水温度・酸素同位体組成 ③ミコランビッチサイクル・酸素同位体組成 ④平均気温からの温度偏差といったロングスパンの変化図が示されている。専門でない人はまず何億年前と言った時間軸には興味があるが、時代区分には全く興味がわかない。それは時間軸(今から何億年まえといった)だけで十分で、時代区分がなくてもいいのではないかという疑問から発生する。時間軸のある纏まったスパンをひとくくりにして、古生代、デボン紀とか石炭紀とかいいう時代区分のはっきりした特徴があるのだろうか。「時代を画する」という明確な特徴が根拠づけられているのだろうか。そしてその境というのはいつも極めて不明確になるのが普通ではないだろうか。だから冥王代、太古代、原生代、顕生代、そしてデボン紀、ジュラ紀、白亜紀といった古風な呼び方ではなんら画期的な時代の特徴をイメージすることは不可能で、時代名称を覚えることも不可能である。従って私の頭の中では、絶対年代だけで十分で、時代の特徴はイベントで考えてゆこうと思う。①岩石・大陸・テクトニクスの変動については上の一連の地球大陸図(10億年前から2000万年前)で示される。2000年前にはすでに現在の地球の大陸は形成されていたようだ。人類ホモサピエンスが誕生し地球上に移動したのは約20万年前のイベントであるので、地球の歴史で人類が生まれたのはほんの最近のことである。その前5億年から5000年前の間に5回の生物種大絶滅がおこり生物界はそのたびリセットされた。地球が誕生したのが45億年前で、生命が誕生したのが40億年前で、ゼロから生命が誕生するという奇跡が起こるにはおよそ5億年を要している。だから5億年に5回の大絶滅といっても、かなりの生物種は生き残ったとみられる。生物進化をゼロにリセットされたわけではないと考えるべきであろう。

(つづく)
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読書ノート  清川昌一 伊藤孝 池原実 尾上哲司著 「地球全史スーパー年表」 (岩波書店 2014年)

2015年03月29日 | 書評
宇宙の誕生から138億年、地球の誕生から45億年の時空のタイムワープ 第3回

地球史七大事件

① 微惑星の衝突によって地球の基本的構造が出来た(45.5億年前)
原始地球は最初直径10kmくらいの微惑星が衝突合体を繰り返して雪だるま式に大きくなった。約45億年前に今の地球の直径の1/3くらいの大きさの時に、別の惑星が地球に衝突し、地球が分裂して月が出来たとする「ジャイアント・インパクト説」が有力である。その時点では地球と月は中心までマグマの海であった。2/3直径の時、鉄のような重い金属は中心に沈んで核を形成した。こうして核・マントル・マグマオーシャン・原始大気という成層構造が生まれた。しだいに冷えてマグマオーシャンが冷えて地殻が形成されると、大気(炭酸ガス、水蒸気)は地表まで下降して液体つまり「原始海洋」ができた。海洋の形成は40億年前といわれる。マグマオーシャンの完全な固化には43億年までかかった。地球誕生から40億年前までの時代を「冥王代」というが、何も証拠のない分らない時代という意味である。

② プレートテクニクスの開始、生命の誕生(40億年前)
40億年前の地球には、原始海洋が出来て大気の炭酸ガスを吸収したために地球が冷却し、マントルを形成する玄武岩が水を含んで二酸化珪素にとんだ花崗岩が固まった。表層の岩石が剛体化して「プレートテクトニクス」が機能するようになった。地球上の最古の花崗岩の年代は40億年前で、オーストラリアで発見された最古のバクテリアの化石が35億年前である。溶岩に飲み込まれたバクテリアは炭化するが、生物は小さい炭素同位元素を同化するので、化石炭素の同位体組成を分析すれば生物起源かどうかわかる。ただし岩石の変成作用中に同位体組成は変化するので細心の注意が必要であるらしい。40億年前から27-20億年前を「太古代」という。

③ 地球磁場の誕生、酸素発生型光合成生物の誕生と浅瀬への移動(27億年前)
28-27億年前、地球の核内部に大きな対流が起き始め、地球には強い磁場が発生した。原因は地球の冷却によって低温のプレートがまとまって下部マントルまで崩落し、外核表面の異常冷却部が局部的に出来たため液体鉄が対流を起こしたことによる。磁場によって宇宙粒子のバリアーができたので、生物は浅い海まで進出して、酸素発生型光合成が27億年前に始まった。これは「ストロマトライト」化石に観察されるシアノバクター(藍色細菌)であった。又海水中の鉄イオンはバクテリアに利用されて酸化鉄に変化し海中に沈殿した。これが人類が利用する鉄鉱石である。

④ 超大陸の形成(19億年前)
地球の歴史で、27億年前と19億年前が一番激しい火成活動(マグマ)がおきた時代である。地球の冷却によって、低温のプレート集積物が下部マントルに崩落すると、下部マントルから上部マントルに向って対流が発生する。これを「マントルオーバーターン」(マントルの入れ替え現象)とよぶ。一部の熱い下部マントル物質が地表へ吹きだして火山活動となり地球内部の熱を放出する。太古代末までは乱流的な対流だったマントルの流れは、27億年前にプルームの数の減少と大型化がおきついに単一の巨大な下降流「スーパーコールドプルーム」が発生した。「スーパーコールドプルーム」の周辺ではすべてのプルームが集合して一点に飲み込まれるため、大陸は衝突・会合・融合を繰り返して「超大陸」が誕生した。ローレシア大陸、ヌーナ大陸と呼ぶ。この時期以降、大陸は10億年前、5.5億年前、3億年前に「超大陸」を生んだ。この大陸の離合集散のサイクルを「ウイルソンサイクル」という。生物の進化は21億年前に核が膜に包まれて安定した「真核生物」が出現し、10億年前には多細胞生物が生まれた。25億年前から5.5億年前を「原生代」と呼ぶ。

⑤ 海水のマントルへの侵入、スーパープルームの開始、硬骨格生物の誕生(7.5-5.5億年前)
地球が冷却され、7.5億年前海水が海溝から深さ30kmのマントル境界へ注ぎ込んだ。と言っても海水ではなく含水鉱物である。そして少しづづであるが海水が減少して、陸地面積が増えた。7.5億年前の陸地は5%であったが、現在は30%が陸地である。陸地の大量の堆積物が河川によって海に運ばれ、光合成生物を堆積岩に封じ込めた。これによって急速に大気中の酸素量が増え、酸素環境で生物は大型化した。6-5億年前の生物は硬い外骨格生物が出現して浅瀬に進出した。酸素が増えて、4.5億年前にはオゾン層が出来、紫外線が遮られると、水中の動物が陸上に進出した。そして爆発的な生物の多様化が始まった。また陸地の土砂が海に流れ込むと塩化ナトリウム成分が増加して海の塩分が増えた。そのため塩分に耐性を獲得していない生物は陸地へ逃れた。7.5億年から5億年前に地球史上3番目の大規模な火成活動が起きた。スーパープルームの上昇によって大陸が分裂するのである。

⑥ 古生代の終わりでの生物大量絶滅(2.5億年前)
2.5億年前アフリカの下で「スーパーホットプルーム」が誕生して、超大陸パンゲアが分裂し、マグマの大爆発で大気に撒き散らされた塵によって光合成が妨害され生物の96%が絶滅したという。またこの時期海洋では「スーパーアノキシア」と呼ばれる2000万年間に渡る酸素欠乏状態が続いた。一方アジアでは「スーパーコールドプルーム」が誕生した。アジアの「スーパーコールドプルーム」とアフリカ、南太平洋の「スーパーホットプルーム」は現在も続いている。今大陸はアジアに向って動いているのだ。6500万年前恐竜が絶滅し、哺乳類が取って代わった。

⑦ 人類の誕生(500万年前)
約500-400万年前アフリカのリフトバレーで人類が誕生した。長い間人類(猿人類から原人)はアフリカにいたが、人口は15万人ぐらいであった。100万年前人類はアフリカを脱出して世界中へ移動し、北京原人、ジャワ原人と進化したが、アフリカに留まった人類から20万年前に新人(ホモサピエンス)が誕生した。我々の直接の先祖である。世界中へ広がって、ヨーロッパにはクロマニヨン人、アジアにはモンゴロイドらが適応した。モンゴロイドの一部は1万3000年前アメリカ大陸へ移動した。1万2000年前に最期の氷河期が終り、間氷期になる。温暖な気候で人類は農耕を発明し、約5000年前に初めて文明を築く事になった。

(つづく)

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読書ノート  清川昌一 伊藤孝 池原実 尾上哲司著 「地球全史スーパー年表」 (岩波書店 2014年)

2015年03月28日 | 書評
宇宙の誕生から138億年、地球の誕生から45億年の時空のタイムワープ 第2回

丸山茂徳氏によると、1970年代に地球表層の変動を統一的に説明できる考えとして「プレートテクトニクス」(地球表層は何枚かの硬い板に分かれて、それらの相対的水平運動によって地球の変動がおきる)という理論体系が出来上がった。まさに地球の皮部分だけの運動であって、それがどうして起きるかはさらに深層の理解が必要である。1980年代になって内部構造を解き明かす「地震波トモグラフィー」という断層手法が開発され、新しい地球観が生まれた。これが「プルームテクトニクス」(マグマの対流的流れが大陸を合成したり、分裂させたりする)という理論によって総合的な地球変動の理解が進みつつある。上の右の図の構造模型図を見ながら、現在の地球の構造を概観しておこう。地球の半径は6400km、外側の1/2半径は岩石で、内側の1/2半径は金属で出来ている。外側の表面は地殻といい、海洋地殻の厚さは約7km、大陸地殻の厚さは約40kmである。外側半分はマントルであり、深度670kmを境にして上部マントルと下部マントルに分けられる。内側の1/2半径の核は液体の外核と固体の内核の二重構造を持つ。この構造を流れから見ると七枚の「プレートテクトニクス」(板状の地殻の流れ)、「プルームテクトニクス」(マントルのきのこ状の流れ)、「核の液体部分の流れ」の三つの孤立した運動が長い周期で影響しあっている。厚さ3000kmにおよぶマントルの巨大な上昇流を「スーパーホットプルーム」といい、下降流を「スーパーコールドプルーム」という。現在アジア大陸の下には「スーパーコールドプルーム」が一つ、南太平洋とアフリカの下には二つの「スーパーホットプルーム」がある。表面には大気圏は上空10km、海洋をあわせると生物圏は20kmにも満たない。地球変動の原因を統一的に理解する道が提示された。地球は冷却しつつある事がすべての原因である。宇宙へ向って熱輻射で表層から冷却されている地球は、先ず表層の外殻プレートが固化して海溝に向って水平移動して、厚いマントルの中へ崩落する。大規模な崩落が外核にまで達するとマントルの大対流(下降する冷たい流れと代わって上昇する熱い流れ)が生じるのである。これが大陸の移動、集合と分裂の原因となる。上昇流はマグマの爆発となって火成活動がおこる。簡単に言えば以上が地球変動の原理である。 下の絵に地球上の大陸の動きを、左から10億年前の超大陸ロディニア、次の一連の6枚(カンブリア紀、シルル紀、石炭紀後期、オルドビス紀中期、デボン紀後期、ベルム紀後期)の地球図は5億4000年前から2億6000年前の大陸である。さらに次の3枚の大陸図は三畳紀後期2億2000万年前、ジュラ紀中期1億7000年前、白亜紀後期9000万年前である。白亜紀後期には大分現在の形を構成しつつある。一番見後の2枚の大陸図は始新世前期5000年前、中新世前期2000年前でほとんど現在の大陸になっている。

(つづく)
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読書ノート  清川昌一 伊藤孝 池原実 尾上哲司著 「地球全史スーパー年表」 (岩波書店 2014年) 

2015年03月27日 | 書評
宇宙の誕生から138億年、地球の誕生から45億年の時空のタイムワープ 第1回

本書は読むものではなく、眺めるものである。「地球全史スーパー年表」という名前の通り、机の前の壁に貼っておいて、上から下へ目を走らせるものである。もし文章として「地球史」を読みたいなら、丸山茂徳・磯崎行雄 著 「生命と地球の歴史」(岩波新書 1998年)、または人類史2万年を読むなら、ブライアン・フェイガン著  東郷えりか訳 「古代文明と気候大変動」(河出文庫 2008年)という本がある。本書(表)は幅36cm、長さ103cmの掛け軸のような表と、24頁の短い解説がついている。150億年前に「ビッグバン」によって膨張を開始した宇宙は、小宇宙を単位として宇宙のかなたへ高速で移動中である。その小宇宙の一つに銀河系があり、銀河系の中心には「ブラックホール」が、銀河系の渦巻きの縁に太陽系が存在する。銀河系は2-3億年周期で回転している。太陽系の始まりは、水素とヘリウムからなる暗黒星雲、中でも「巨大分子雲」にはダストやガスが存在し星形成材料となる。しだいに収縮して「T-タウリ星」と呼ばれる段階を経て、恒星ができる「微惑星」となる。微惑星が衝突と合体を繰り返して太陽系の惑星が出来上がった。水星から火星、小惑星帯までの惑星は「地球型惑星」と呼ばれ、中心は金属、外側は岩石で出来ている。一方木星から冥王星、カイバーベルトはいずれも中心が小さな岩石でまわりを水素が取り囲んでいて「木星型惑星」と呼ばれる。地球が出来るころには水素やヘリウムのガスはなくなり、大気は二酸化炭素、水、窒素のガス成分が「原始大気」を構成していた。 地球史45.5億年は大まかに4つの時代に区分される。45.5-40億年を「冥王代」、40-25億年を「太古代」、25-6億年を「原生代」、6億年から現代を「顕生代」となずけている。各時代はさらに細かく区分されている。

(つづく)
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