JAMSTEC、最古の「持続的生命」の起源を探るプレカンブリアンエコシステムラボラトリーユニットの研究概要を発表
JAMSTEC プレカンブリアンエコシステムラボラトリー・ユニットリーダー 高井研 氏
原初の生命は、いまもインド洋の中央海嶺下に生きている—-。海洋研究開発機構（JAMSTEC）プレカンブリアンエコシステムラボラトリー・ユニットリーダーの高井研氏らは、そう考えている。
「生命は何万回も生まれて何万回も死んだ。だがその中でたった一回だけ、持続して生き残った生命があった」（高井氏）
高井氏は2002年にインド洋中央海嶺東軸に位置する「かいれいフィールド」で、ハイパースライム（HyperSLiME、超好熱地殻内化学合成独立栄養微生物生態系）という超好熱性の水素酸化メタン生成細菌群を発見した。水深2450m、世界最高温条件の熱水環境で、水素をエネルギー源とする特異な生態系だ。これが地球最古の生態系の生き残り、あるいはよく似たものだと考えられるという。
「かいれいフィールド」のハイパースライムは遺伝的にも最古の系統を持っている。だが、それだけが最古の生態系の同類だと考えた理由ではない。一つは、地球化学的な理由から、原初の生命は超好熱性で水素をエネルギー源としていたと考えられるからだ。そしてもう一つは、「かいれいフィールド」の環境が、地球誕生から約40億年くらい前まで、いわゆる冥王代の地球と似ていると考えているからだ。
ハイパースライム仮説
熱水噴出孔が生命の起源だとする学説は1970年代からある。だが一言で熱水噴出孔といっても「これまでに発見されている350個、どれ一つとして同じ物はない」（高井氏）。異なる深海熱水噴出孔ではエネルギー源、炭素源が異なり、そのため異なる微生物生態系が構成される。
熱水の起源は海水だ。海水が海洋底の岩石に浸透し、マグマによって温められて噴出する。熱水の組成は、原料である海水の組成としみ込む岩石の種類によって決まる。中村謙太郎研究員は、熱水の違いを料理の「だし」に例える。海水の組成が同じであっても、どの岩石を煮出すかによって、熱水の成分は変わるのだ。温泉の成分が異なるようなものである。
熱水の成分は、海水と岩石の組成で決まる
問題はどのような熱水噴出孔が生命の起源となったかだ。高井氏らは、代謝系の進化や系統学的な考察から、原始生態系が誕生し生きながらえたのは、水素が豊富な熱水環境だったと考えている。そして、ハイパースライムは、水素濃度がどこよりも高い熱水環境である「かいれいフィールド」でしか発見されていない。ハイパースライムが原初の生態系の類似だと考える理由の一つも、ここにある。
なぜ「かいれいフィールド」の水素濃度は高いのか。そのカギが「超マフィック岩」だ。地球深部のマントルかんらん岩に起源を持つマグマが浅部に上昇してできる、酸化マグネシウムに富む岩石である。この岩が熱水循環の中にあれば、熱水中の高い水素濃度が説明できる。
かいれいフィールドの熱水は超マフィック岩によって高濃度水素を含む
超マフィック岩は、初期地球では豊富だったと考えられている岩石「コマチアイト」と似た組成の岩石である。コマチアイトは、マントルが大規模な部分溶融をしてできた岩石だと考えられている。つまり若く熱かった原初の地球の深海熱水噴出孔の環境に「かいれいフィールド」は似ていると考えられるのだ。
ところが実際の「かいれいフィールド」そのものには、ごく普通の玄武岩しかなかった。超マフィック岩は世界でも数カ所でしか発見されていないのである。だが高井氏らは「かいれいフィールド」熱水循環には超マフィック岩が存在しているに違いないと考えた。そして「しんかい6500」による「かいれいフィールド」広域地質調査の結果、東側の「ウラニワヒルズ」に実際に超マフィック岩が分布していることが分かった。この超マフィック岩が「かいれいフィールド」の高濃度水素を生み出していると高井氏らは考えている。
ここまでの説明のなかにも様々な分野の知見が登場した。高井氏らは地質学や微生物進化系統学、有機化学など様々な分野にまたがる知見を統一的に理解するために「UltraH3（ウルトラHキューブ）リンケージ」仮説を提唱している。ウルトラHキューブとは「超マフィック岩ー熱水活動ー水素生成ーハイパースライム」の略である。地球全体が熱かった冥王代においては普遍的だったこの環境が、深海熱水で誕生した生命を持続可能にしたという仮説である。
コマチアイトによる熱水活動は現世の地球にはなく、コマチアイト自体も25億年前より新しい岩石は発見されていない。だがオーストラリアや南アフリアには太古の熱水活動の痕跡が地層のなかに残されている。プレカンブリアンエコシステムラボラトリーでは、コマチアイトを再現し、実際にどのような環境が生成されるのかを300度、500気圧の環境を再現できる熱水実験装置を使って確認している。初期生態系を支えるのに十分な水素を含んだ熱水環境ができることは既に実証された。
さらに原始海水の状態も再現しようとしている。初期地球では海水の組成が異なるからだ。
「ブラックスモーカー」と呼ばれている現在の熱水噴出孔は黒い。だが地質調査などから得られた証拠から、冥王代のあと、太古代（約38億年前から約25億年前まで）の初期の熱水噴出孔は、シリカの粒子を吹き出しており、白かったのではないかと渋谷岳造研究員は考えている。地質学的な証拠や実験も重要な手段である。
高井氏は、プレカンブリアンエコシステムラボラトリーの研究目標を「なぜ地球がこれだけ生命に満ち溢れた星になりえたのかを明らかにすること」としている。生命の進化を、イベントごとの「点」ではなく、「流れる映画のようなストーリーとして解明したい」という。
地球と生命との間には、相互作用がある。両者は互いに影響を与えあい、変化し続けて来た。
これまでの地球と生命の相互作用の研究は、化石記録が残っている多細胞生物出現以降、すなわち６億年前以降にスポットがあてられていた。しかし地球と生命の相互作用システム、すなわち生命のエネルギー代謝システムのほとんどのメカニズムは、多細胞生物が出現する前に既に完成されており、そのメカニズムこそが、地球が生命に満ちあふれた星になった理由であるはずだという。高井氏はこの原始地球生命システムの初期進化のことを「先カンブリア大爆発」と呼んでいる。
プレカンブリアンエコシステムラボラトリーの目的は、岩石学、テクトニクス学、岩石変質学、地球化学、同位体地球化学、微生物学などの知見を分野を横断して集めることで、「先カンブリア大爆発」を解明することだと言える。
以前は、高井氏が言うには「最下層の研究者から」立ち上げた、まさにボトムアップ型のゲリラ的な研究グループだったが、2009年4月からはJAMSTECの正式な研究組織となった。若く熱い研究者たちによる、40億年前の地球生命誕生時代の本格的な研究が始まろうとしている。
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