生命の源は「鉄」だったかもしれない? “酸素の発生源は錆びた鉄だった”とする新説

地球を包む酸素の大気が日を受けて青く輝く様子。
地球を包む酸素の大気が日を受けて青く輝く様子。 / Credit:NASA.UChicago

reference: UChicago

現在の地球は酸素を多く含んだ大気に包まれています。

しかし、24億年以上昔、地球上の大気にはほとんど酸素が存在していませんでした。酸素はいつ、どうやって地球の大気中へ拡散していったのでしょう?

10月23日の科学誌『Science』で発表された新しい研究では、シカゴ大学の研究者らによって、地球大気の酸素上昇に海洋鉄が重要な役割を果たしたと明らかにされています。

古い岩石の分析から、地球の大酸化イベントのタイムラインが明らかになりつつあります。

 

地球の大酸化イベント

初期地球の海洋には大量の鉄があった。
初期地球の海洋には大量の鉄があった。 / Credit:pixabay

酸素は生物の繁栄になくてはならないものです。しかし、太古の地球上には酸素を含んだ大気はありませんでした。それがあるとき急激に酸素濃度を急上昇させるのです。

地質を調査していくと、それは約24億年前に起こっていました。このポイントを地球の大酸化イベントと呼びます。

ただ具体的にいつ、どうやって地球に酸素が溢れ出したのか、正確なところは今なお分かっていません。

そのため、多くの科学者が古代の岩石を丁寧に分析していき、この時代に一体何が起こったのかを分析する研究を続けています。

最近の研究から明らかになっている興味深い点は、大酸化イベントのもっと前から、地球が大気変化の準備を進めていたような兆しが確認されるということです。

太古の地球の海には大量の鉄がありました。よく知られているように鉄は濡れると錆びます。錆とは正確には酸化鉄のことであり、鉄が酸素と結びついて生成されます。

このため、理論的には大気を形成するために必要な酸素は、海洋鉄(海水中の鉄)が閉じ込めてしまっていたはずなのです。

では、その酸素はどうやって大気中に解き放たれたのでしょうか?

今回の研究者たちは、それを説明する方法を試してみようと考えました。

黄鉄鉱の形成が酸素を開放した

愚者の金とも呼ばれる黄鉄鉱。
愚者の金とも呼ばれる黄鉄鉱。 / Credit:pixabay

この問題にはヒントとなる現象があります。

海洋鉄は火山から出てくる硫黄と結合して黄鉄鉱を形成することがあるのです。このプロセスでは酸化鉄が、大気中に酸素を放出します。

そのため重要なのは、酸化鉄の形成と黄鉄鉱の形成のうち、どちらのプロセスが勝っていたのかを突き止めることでした。

これを検証するために、シカゴ大学の大学院生ハード氏とドーファス氏は、エジンバラ大学と協力して新技術を開発しました。

それは鉄の同位体の微小な変化を測定していき、鉄が黄鉄鉱へ変化する経路がどういうものかを完全に理解するものです。

この研究では、硫黄の化合物を作り出す実験を繰り返していたので、実験室に卵の腐ったような匂いが充満してしまい、同僚の理解を得るのに苦労したと、ハード氏は語っています。

同僚を悩ませただけの甲斐はあったようで、この成果を元に彼らがオーストラリアと南アフリカで採取された26億年前から23億年前の岩石を分析したところ、多くの酸化鉄を抱えていた海でも、特定の条件下では多量の黄鉄鉱が形成されて、大気を形成するのに十分な酸素が海洋から放出されていた、という可能性が明らかになりました。

これは多くの変動する要因が伴った複雑な問題です。そのため全容が解明されたとは言えませんが、少なくとも大酸化イベントにつながる、一部の問題が解決されたのです。

宇宙で生命を探す助けになる研究

天の川銀河の星を周回する系外惑星のイメージ。
天の川銀河の星を周回する系外惑星のイメージ。 / Credit:en.Wikipedia

今回の研究成果は、太陽系外惑星の研究においても重要な助けになるものです。

初期の地球も酸素を多く含んだ大気は持っていませんでした。それがどのようにして生命が活動可能な状態になったのか、その詳細を理解することは、何千もある系外惑星から、探索すべき候補を絞り込むためのヒントになります。

他の惑星でも同じようなプロセスが行われているなら、その証拠を探すことで地球のような酸素の増加した生命の誕生する惑星を見つけ出せるかもしれません。

酸素は光合成を行うバクテリアなどの登場で一気に地球を覆い始めたと言われていますが、海洋の錆びた鉄の存在や火山の硫黄も大きな要因になっていたようです。

まだまだ明らかになっていない謎が地球には多く存在しているのですね。

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