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Journey 03｜生命が地球を変える
光を使う小さな生命の活動は、海と大気の化学を変えました。変わった地球は生命の可能性と制約を組み替え、細胞、身体、行動、そして生命どうしの関係まで変えていきます。地球と生命が互いをつくり変えてきた長い往復をたどります。
前のJourneyでは、水や岩石、温度差、化学的な偏りの中から、反応を内側へ保ち、その違いを次へ残せる細胞へと生命が近づいていく過程をたどりました。
細胞が続き始めたことで、地球と生命の関係は少しずつ変わっていきます。それまでは、生命の側が地球から水や物質やエネルギーを受け取っていました。ところが、細胞が物質を取り込み、別の物質を外へ出す反応を何世代も繰り返すようになると、その結果は細胞の外側にも残ります。
一つの細胞が放出する量は、地球全体から見ればわずかなものです。それでも、同じ反応を行う生命が広がり、途方もない時間にわたって続けば、海の化学状態や大気の組成まで変えることがあります。
生命は、地球が用意した環境へ適応するだけの存在ではなくなっていきました。
では、生命が地球を変えれば、その後は生命の思いどおりになるのでしょうか。
実際の歴史は、そのような一方向の物語ではありません。生命が地球を変え、変わった地球が生命の生き方を変え、その生命がまた周囲へ働きかける。今回のJourneyでは、その長い往復をたどります。
生命は、地球の中で生きていただけではなかった
生命にとって、外の環境は生き方を決める大きな条件です。水が液体でいられる温度なのか、利用できる物質があるのか、強い光や有害な化学物質にさらされるのか。細胞は、自分の外側にある条件から逃れて生きることはできません。
その一方で、生きていること自体が周囲を変えます。
細胞は外から物質を取り込み、内部で反応させ、その一部を外へ戻します。別の生命がその物質を利用することもあれば、岩石や海水と反応することもあります。生命が増えれば、こうした小さなやり取りも増えていきます。
現在の地球でも、森が大気と水の循環へ影響し、微生物が土壌や海の化学状態を変え、生物がつくった殻や骨格が堆積物になります。生命と環境を完全に切り離して考えることはできません。
その関係が地球規模で現れた最も大きな例の一つが、光を利用する生命と酸素の歴史です。
EVIDENCE｜光を使う生命は、海と大気を変え始めた
生命が光を利用し始めた最初の瞬間は、記録に残っていません。現在の地球には、光を使いながら酸素を出さない微生物もいます。光合成は、最初から植物の葉で見られる現在の仕組みとして始まったわけではありません。
その長い歴史のどこかで、水から電子を取り出し、その流れを利用して有機物をつくる酸素発生型光合成が成立しました。現在、この仕組みを持つのはシアノバクテリアと、そこから葉緑体を受け継いだ藻類や植物です。水を利用する反応では分子状酸素が生じ、その一部が細胞の外へ放出されます。［1］
酸素を放出することに、地球の大気を変える目的があったわけではありません。細胞が自分の反応を続けた結果として、周囲へ酸素が出ていきました。
ただ、酸素をつくる生命が現れても、空がすぐ現在のようになったわけではありません。
若い地球の海や地表には、酸素と反応しやすい物質が大量にありました。海水に溶けていた鉄、火山から放出される還元的なガス、有機物や鉱物などが、つくられた酸素を次々と消費します。古い地層に残る縞状鉄鉱層には、海の中で大規模な酸化が進んだ記録が刻まれています。ただ、縞状鉄鉱層の形成をすべて酸素発生型光合成だけで説明できるわけではなく、ほかの光合成や化学反応が関わった可能性もあります。
酸素は、つくられては消えていました。それでも供給と消費の均衡が少しずつ変わり、およそ24億年前を中心とする時期になると、大気中に自由な酸素が持続して存在する状態へ移っていきます。この大きな転換が、大酸化イベントと呼ばれています。［2］
「イベント」という名前から、一度に空気が入れ替わったような出来事を想像するかもしれません。実際には、海、大気、岩石、火山活動、生物活動が関わる長い変化です。2026年のレビューでも、この時代の酸素濃度をどこまで高く見積もれるのかには大きな幅が残ることが指摘されています。大気に酸素が残り始めたことは確かでも、現在の空気へ一直線に近づいたわけではありません。
しかも、酸素は生命にとって単純な「恵み」ではありません。
反応性が高いため、それまで酸素の少ない環境で続いてきた生命にとっては、大きな化学的負荷になり得ます。一方、酸素を使って有機物からエネルギーを取り出す呼吸は、別の生き方を可能にしました。
同じ物質が、ある生命には危険になり、別の生命には新しい反応の条件になる。
生命が地球を変えたことで、未来の生命が置かれる環境そのものが変わったのです。
OPEN QUESTION｜酸素をつくる光合成は、いつ始まったのか
大気中に酸素が持続的に残り始めた時期と、酸素発生型光合成そのものが生まれた時期は同じではありません。
光合成によって酸素がつくられていても、そのすべてが周囲の鉄や火山ガスとの反応に使われてしまえば、大気にはほとんど残りません。つまり、大気の酸素を測る記録だけから、最初の酸素発生型光合成の年代を直接決めることはできません。
化石からも簡単には答えが出ません。2024年には、およそ17億5000万年前の微化石から、酸素発生型光合成を行うシアノバクテリアに特徴的なチラコイド膜の直接的な証拠が報告されました。これは重要な発見ですが、「この時に酸素発生型光合成が始まった」という意味ではありません。大酸化イベントは、それよりはるか前に起きています。［3］
岩石の化学的な痕跡、分子時計、現在の生物の系統関係などから、酸素発生型光合成は大酸化イベントより前に成立していたと考えられています。ただ、どれほど前だったのか、水を分解する複雑な仕組みがどのような段階を経て組み上がったのかについては、まだ一つの答えに定まっていません。
ここでも、生命と地球の歴史はきれいな一本線にはなりません。
生命が新しい反応を獲得した時期と、その反応が地球規模の変化として岩石へ記録される時期の間には、長い時間が挟まれていた可能性があります。
EVIDENCE｜ミトコンドリアには、別の生命との出会いの痕跡が残っている
酸素が存在する場所が広がったからといって、それだけで複雑な細胞が生まれたわけではありません。真核細胞の成立をたどると、地球環境の変化とは別に、生命どうしの関係にも大きな転換があったことが見えてきます。
現在、私たちの身体をつくる細胞にはミトコンドリアがあります。植物や菌類を含む多くの真核生物も、ミトコンドリア、あるいはそこから変化した細胞小器官を持っています。
ミトコンドリアには独自のDNAが残り、その遺伝子をほかの生物と比較すると、祖先が細菌の一系統に由来することが分かります。現在の系統解析では、その祖先はアルファプロテオバクテリアへ続く系統に位置づけられます。
一方、宿主となった側の祖先を考えるうえでは、Asgardアーキアが重要な手がかりになっています。2026年の大規模な系統解析でも、真核生物の保存された多くの機能系にAsgardアーキア由来の強い祖先シグナルが確認され、ミトコンドリア側からは主にエネルギー変換などに関わる遺伝的寄与が見つかりました。［4］
これは、ある細胞が別の細胞を単に食べて消化したという出来事とは異なります。
二つの系統が同じ境界の内側で関係を続け、かつて独立していた細菌の多くの遺伝子が宿主側へ移り、互いに切り離しにくい一つの細胞システムへ統合されていきました。
現在の真核生物の最後の共通祖先、LECAは、すでにミトコンドリアを持っていたと考えられています。私たちの細胞は、一つの系統だけが複雑になった結果ではなく、異なる生命の歴史が重なった結果でもあるのです。
OPEN QUESTION｜真核細胞は、どの順番で組み上がったのか
ミトコンドリアの祖先が細菌だったことと、真核細胞がどの順番で完成したのかは、別の問いです。
核、細胞骨格、膜輸送系、細胞内膜、ミトコンドリア。現在の真核細胞では、これらが互いに関わりながら働いています。しかし、その途中の細胞は残っていません。私たちは完成後の生物と遺伝子を比較し、失われた過程を逆向きに推定しています。
長く議論されてきた大きな争点の一つが、ミトコンドリアの祖先を取り込んだ時点で、宿主細胞がどこまで複雑になっていたのかという問題です。
2026年にNatureへ掲載された研究では、真核生物の成立途中に起きた遺伝子重複の年代を推定し、細胞骨格、膜輸送、細胞内膜系、核に関わる複雑さのかなりの部分が、ミトコンドリア獲得より前に宿主側で発達していたという結果が示されました。［5］
これは、ミトコンドリアが最初に入り、そのエネルギーによって初めて真核細胞の複雑さが生まれたという単純な順序には合いません。一方で、この研究だけですべての段階が確定したわけでもありません。どの構造がどの程度まで完成していたのか、共生が始まる前後で細胞同士がどのような関係を持っていたのか、核膜を含む各構造が具体的にどう形成されたのかには、まだ議論が残ります。
さらに重要なのは、「大気に酸素が増えたから、真核細胞が生まれた」と一対一で結ばないことです。
酸素環境は生命が利用できる反応の条件を変えました。ただ、真核細胞の成立には、細胞同士の共生、遺伝子の受け渡し、膜や細胞骨格の変化など、別の歴史も重なっています。
地球が変わることと、生命が変わることは関係しています。しかし、その間に一本だけの原因と結果があるわけではないのです。
EVIDENCE｜多細胞化は、一度だけ起きたのではない
一つの細胞の内部が複雑になったあと、生命の歴史では、もう一つの境界が変わっていきます。
細胞と細胞の関係です。
分裂した細胞が離れずに残る。別々の細胞が集まる。隣の細胞と物質や情報をやり取りする。その関係が続けば、細胞の集まりは単なる集団ではなく、一つのまとまりとして振る舞えるようになります。
多細胞化は、動物の祖先だけで一度起きた出来事ではありません。植物、菌類、褐藻、紅藻など、真核生物の異なる系統で独立に成立してきました。単純な多細胞化まで含めれば、その起源はさらに多くあります。［6］
化石記録も、多細胞化の歴史が非常に古いことを示し始めています。2024年には、中国北部のおよそ16億3500万年前の地層から、細胞が一列につながった多細胞真核生物と解釈される化石が報告されました。現在の複雑な動物や植物が現れるより、はるか前の時代です。［7］
多細胞になることには、ただ細胞数を増やす以上の問題があります。
一部だけが勝手に増えれば、一つの身体としてまとまりにくくなります。外側の細胞と内側の細胞では、受け取れる酸素や栄養も違います。大きくなれば、単純な拡散だけで必要な物質をすべての細胞へ届けることも難しくなります。
その中で、細胞同士の接着、情報のやり取り、役割分担、増殖の調整が組み合わされていきました。筋肉になる細胞、表面をつくる細胞、物質を運ぶ細胞のように、同じ遺伝情報を持ちながら異なる役割を担う仕組みも、その延長にあります。
ただ、多細胞化を生命の「上位段階」と考える必要はありません。
現在の地球でも、単細胞生物は圧倒的に多様な環境へ広がり続けています。多細胞化は、進化が必ず向かうゴールではなく、いくつもの系統で成立した生き方の一つです。
それでも、細胞が一つの身体として結びついたことで、生命はそれまでとは違う大きさと形を持てるようになりました。
そして身体が大きくなり、構造が増えても、その外側にある地球まで生命の都合に合わせてくれるわけではありません。
地球は、生命の都合に合わせて変わらない
生命は地球を変えてきました。ただし、地球全体を支配できるようになったわけではありません。
大陸は動き、火山は噴火し、海の循環や大気の組成は変化します。太陽から受け取るエネルギーや温室効果をもたらす気体の量が変われば、気候も変わります。ときには、天体衝突のように生命の活動とはほとんど関係なく、大きな環境変化が起きます。
およそ7億年前から6億年前にかけてのクリオジェニアン紀には、低緯度まで氷河が広がったと考えられる大規模な氷河期が複数回ありました。一般に「全球凍結」と呼ばれる出来事です。
氷が後退すれば、そのまま生命にとって快適な海が広がったとも限りません。2025年の研究では、スターティアン氷期の終了後に、一部の海で酸素が減少し、その後も広い範囲で無酸素に近い状態が続いた可能性が示されています。［8］
生命と地球の関係には、このような食い違いがあります。
光合成によって酸素が生まれても、海全体が均一に酸素化するわけではない。氷が解けても、すぐ生きやすい世界になるわけではない。ある地域で有利だった身体や代謝が、環境が変われば不利になることもあります。
その後の地球史でも、大規模な火山活動、海洋環境の変化、気候変動、天体衝突などと重なり、多くの系統が短い地質学的時間の中で失われる大量絶滅が繰り返されました。
ここで、「危機があったから生命は進化できた」「古い生命が絶滅したから新しい生命が生まれた」と考えると、歴史を目的のある物語へ変えてしまいます。
絶滅した系統は、次の生命のために道を譲ったわけではありません。
環境が変わったとき、その条件の中で残れた系統があり、残れなかった系統がありました。偶然どこにいたのか、どのような身体や代謝を持っていたのか、どれほど広く分布していたのか。さまざまな違いが、その後へ続く枝を変えていきます。
現在の生命は、危機を乗り越えるためにあらかじめ設計された存在ではありません。
消えた無数の枝の隣で、たまたま現在まで続いた枝の先にいます。
動く身体は、環境との関係を変えた
長いあいだ、生命にとって「環境が変わる」とは、自分のいる場所の条件が変わることでもありました。
そこから身体を動かせる生命が現れると、環境との関係に新しい可能性が加わります。
光のある場所へ移る。食べられるものへ近づく。温度や化学状態の違う場所へ移る。不利な条件から離れる。これは、人間のように目的を言葉で考えて行動するという意味ではありません。身体の動きによって、自分が置かれる条件を変えられるようになったということです。
エディアカラ紀の地層には、海底を移動した生物が残した痕跡があります。およそ5億5500万年前の地層から報告されたIkariaとその移動痕跡は、前後の向きを持つ小さな動物が海底の堆積物の中を移動していた証拠の一つです。［9］
移動する身体では、すべての方向が同じではなくなります。
進む側と、その後ろ。上と下。左右。
食べ物や障害物に先に出会う側へ、感覚に関わる構造や食物を取り込む構造が集まりやすくなれば、身体の形そのものも環境との関係に合わせて変わっていきます。
動くことは、自分の位置を変えるだけでもありません。
海底を掘れば、堆積物がかき混ぜられます。表面と内部の物質が入れ替わり、水や酸素が入り込む場所も変わります。食べれば別の生命が減り、排出すれば別の生命が利用できる物質が増えます。
生命が動き始めることで、その生命が暮らす場所も変わる。
地球と生命の往復は、海と大気の化学反応だけではなく、生態系の中でも起こるようになっていきました。
HYPOTHESIS｜捕食は、生命の世界を変えたのか
およそ5億3900万年前に始まるカンブリア紀へ入るころ、海の生物は急速に多様化していきます。
泳ぐもの、海底を掘るもの、殻や棘を持つもの、別の生物を追うもの。目、口、脚、感覚器、神経系に関わる多様な構造も、化石記録の中で目立つようになります。
ただし、これらがカンブリア紀のある瞬間に突然、一斉に発明されたわけではありません。
移動はエディアカラ紀にもあります。生命同士が食べる、避ける、競うといった関係にも、それ以前へ続く歴史があります。カンブリア紀に見えてくるのは、そうした相互作用が多様になり、生態系全体へ及ぼす影響が大きくなっていく過程です。［10］
その変化を説明する一つの考えが、捕食を含む生命同士の相互作用です。
誰かに食べられる可能性があれば、殻や棘、逃げる能力が役に立つことがあります。獲物が速く動けば、それを追う側にも別の身体が有利になるかもしれません。見ることが捕食や回避に関われば、視覚を持つことの影響も、自分だけでは終わりません。
一つの生命の変化が、別の生命にとって新しい環境条件になるのです。
ここでは、岩石や水温だけが環境ではありません。
食べようとする生命が、食べられる生命の環境になる。逃げる生命が、追う生命の環境になる。殻を持つ生命が増えれば、それを壊したり避けたりする別の生命が置かれる条件も変わります。
こうした相互作用が、カンブリア紀の生物多様化を押し進める一つの要因になった可能性はあります。
しかし、「捕食が始まったからカンブリア爆発が起きた」と一つの原因へまとめることはできません。
酸素の利用可能性、海洋環境、発生を制御する仕組み、栄養循環、生物による海底の改変など、多くの要因が同じ時代に関わっています。どれが最初の引き金だったのか、どの要因がどれほど重要だったのかには、現在も議論があります。
それでも、この時代までに一つの大きな変化が進んでいたことは分かります。
生命にとって、ほかの生命が、ますます無視できない環境になっていたのです。
生命は、地球を変え、地球に変えられてきた
最初の細胞が生まれたころ、生命は地球の中にある水や物質やエネルギーを利用して続いていました。
やがて光を使う生命の反応が酸素を外へ出し、その積み重ねが海と大気の化学状態を変えました。変わった地球では、それまでとは違う代謝が利用できる場所が生まれる一方、古い生き方には新しい負荷も加わります。
異なる生命の系統が一つの細胞の中で結びつき、真核細胞へ続く新しいまとまりが生まれました。その細胞が互いに離れず、役割を分けることで、何度も多細胞の身体が形づくられました。
身体が動けば、生命は自分がいる場所を変えられます。同時に、掘り、食べ、追い、逃げ、排出することで、周囲の環境も変えます。
そして最後には、生命そのものが、別の生命にとっての環境になりました。
地球が生命をつくり、完成した生命が地球を変えたという二段階の物語ではありません。
地球の状態が生命の可能性を変え、生命の活動が地球の状態を変え、その変化の中で生命同士の関係も変わっていく。
地球と生命は、何十億年ものあいだ、その往復を続けてきました。
現在の私たちの身体にも、その歴史は残っています。呼吸で取り込む酸素も、細胞の中で働くミトコンドリアも、多数の細胞が役割を分けてつくる身体も、突然人間のために用意されたものではありません。
遠い生命史から受け継いだ仕組みの上に、私たちは立っています。
ただ、動ける身体を持つだけでは、周囲へうまく応じることはできません。
近づくのか、離れるのか。食べるのか、逃げるのか。身体の外で何かが変わったとき、その変化を受け取り、身体の内側へ伝えなければ、次の動きにはつながりません。
生命は、どのように世界の変化を受け取るようになったのでしょう。
次のJourneyでは、生命が外の変化を感じ、身体の内側で情報を伝え、行動へつなげていく歴史へ進みます。
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出典・参考文献
-
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On the origin of oxygenic photosynthesis and Cyanobacteria.
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Dated gene duplications elucidate the evolutionary assembly of eukaryotes.
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Discovery of the oldest bilaterian from the Ediacaran of South Australia.
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Mitchell, E. G. & Pates, S.（2025）
From organisms to biodiversity: the ecology of the Ediacaran/Cambrian transition.
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