初期の生命最初の生き物はどんな姿だったか

地球上のすべての生命は、37億年前に生きていた1つの最終共通祖先 LUCA に由来します。その後、生命の樹は初めて細菌と古細菌に分かれました。30億年前にはシアノバクテリアが酸素を放出し始めます。24億年前には大気に酸素が含まれるようになり、多くの嫌気性生物が絶滅しました。20億年前には、1つの細胞が別の細胞を消化せずに飲み込み、ミトコンドリアはここから生まれました。

この時代の期間は「38億〜7億年前」で、その出来事は最古の共通祖先から地球規模の氷河期まで続きます。

9つの出来事

• 37億年前・LUCA：すべての生命の最終共通祖先。
• 35億年前・細菌と古細菌：生命の樹が初めて分岐する。
• 35億年前・ストロマトライト：微生物のマットが化石を残す。
• 30億年前・酸素発生型光合成：シアノバクテリアが酸素を放出し始める。
• 24億年前・大酸化イベント：大気に酸素が含まれ、多くの嫌気性生物が絶滅する。
• 20億年前・ミトコンドリアの細胞内共生：1つの細胞が別の細胞を消化せずに飲み込む。
• 18億年前・真核細胞：細胞が核をもつ。
• 12億年前・有性生殖：遺伝子の組み換えが進化を速める。
• 7億年前・全球凍結：氷床がほぼ地球全体を覆う。

共通祖先と生命の樹

現代の遺伝子から遡ると、すべての生命の共通祖先は、高温で酸素が乏しく水素の豊富な深海の熱水噴出孔の近くに住んでいたかもしれません（Weiss et al., Nature Microbiology, 2016）。この研究は、最終共通祖先の生理と生息環境についてのものです。グリーンランドの岩石には、37億年前の微生物の構造が残っているかもしれませんが、この解釈には今も異論があるため、引用するときは不確かさを残しておく必要があります（Nutman et al., Nature, 2016）。論文のタイトルは、生命がいかに急速に現れたかを強調しています。

分類の変化は、分子の比較から生まれました。リボソーム RNA を比較した結果、私たちが「細菌」と呼んでいたものは、実際には大きく異なる2種類の生命であることがわかり、古細菌が別の系統として分かれました（Woese and Fox, PNAS, 1977）。生命の樹はその後、細菌、古細菌、真核生物の3つのドメインに分け直されました（Woese, Kandler and Wheelis, PNAS, 1990）。深海の堆積物から見つかったロキ古細菌は、かつて真核生物にしかないと考えられていた多くの遺伝子をもっています（Spang et al., Nature, 2015）。

酸素と真核細胞

大気中の酸素は一度に現れたわけではありません。挫折をはさみながら長い期間をかけて増えていったので、「大酸化イベント」を一夜にして起きた変化と読むべきではありません（Lyons, Reinhard and Planavsky, Nature, 2014）。ミトコンドリアと葉緑体は、かつては独立した細菌で、飲み込まれて細胞の一部になりました。この説は当時、十数誌の学術誌に却下されました（Lynn Margulis, Sagan 名義で発表, Journal of Theoretical Biology, 1967）。

有性生殖と全球凍結

古代の紅藻の化石から、有性生殖と多細胞生物には、少なくとも10億年の歴史があることがわかります（Butterfield, Paleobiology, 2000）。ナミビアの地層から、約7億年前に地球がほぼ完全に氷に覆われていたかもしれないことがわかります（Hoffman et al., Science, 1998）。

遺伝物質：DNA の二重らせん

1ページの論文が、遺伝物質 DNA は二重らせんであり、その塩基対の構造から遺伝情報がどのように複製されるかがうかがえる、と提案しました（Watson and Crick, Nature, 1953）。

原典を読むには？ 次のタイトルで検索してください

• Weiss et al. (2016): The physiology and habitat of the last universal common ancestor
• Nutman et al. (2016): Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures
• Woese and Fox (1977): Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms
• Woese et al. (1990): Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya
• Spang et al. (2015): Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes
• Lyons et al. (2014): The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere
• Sagan (1967): On the origin of mitosing cells
• Butterfield (2000): Bangiomorpha pubescens n. gen., n. sp.（有性生殖、多細胞性、真核生物の放散についての論文）
• Hoffman et al. (1998): A Neoproterozoic snowball Earth
• Watson and Crick (1953): Molecular structure of nucleic acids: A structure for deoxyribose nucleic acid

ゲームでの表現

ゲームでは、初期の生命の時代の資源は細胞で、ジェネレーターは原核生物の分裂、化学合成、シアノバクテリアの光合成、水平遺伝子伝達です。最も単純な細胞分裂から、化学エネルギーで生きること、光を使って酸素をつくること、そして最後に異なる生物のあいだを遺伝子が移動することまでを順にたどります。