Transcript 惑星の進化破局的事変の重要性と定向進化の問題

第17章 惑星の進化
破局的事変と定向進化の問題
Phanerozoic Era: Beginning 0.54 Ga
カンブリア紀
• 約5億4,200万年前〜約4億
8,830万年前．古生代の最初
の紀
• 顕生代初期の典型的なカンブ
リア紀動物は，クラゲや海綿
のような無脊椎動物，および
三葉虫
• 現存する無脊椎動物のすべて
のグループは，カンブリア爆発
およびオルドビス紀初期の間
に発達した
デボン紀
• 古生代の中ごろ，シルル紀の
後，石炭紀の前．約4億1,600
万年前から約3億5,920万年前
まで
• 陸上植物は，シルル紀に初め
て発達した．大量絶滅が，デボ
ン紀と石炭紀を分けている．石
炭紀には，陸上植物が大繁殖
し，爬虫類が初めて現れた
白亜紀
• 約1億4,500万年前から6,600万年前．ジュラ紀の次，中生代の最後の紀
• 巨大な爬虫類である恐竜が，地球の食物連鎖の頂点を支配した
• 中生代も，また大量絶滅で終わった．それは中生代と新生代の境界であ
る．中生代末の絶滅は，恐竜，および陸と海のその他の主な化石生物の
グループを消滅させた
• その後，属の数は急速に回復し，より大きな生物多様性が生じた．新し
い生物群集と食物連鎖は，新興の哺乳類に支配された．哺乳類は，中
生代には小さなニッチ生物であり，爬虫類の支配する生態系に隠れるよ
うに生息していた
大量絶滅
• 大量絶滅の重要な点は，その
後により急速な進化的変化を
もたらすこと．絶滅事変は，属
の数の大きな減少を引きおこ
した．その後，属の多様性は，
最も急速に成長した
• 生態系空間の一掃は，新しい
進化的適応が興隆することを
可能にする
– 生態学的な安定性がある場
合には，優占する生物が生態
系を支配し，遺伝上の革新が
定着する余地はほとんどない
海洋動物の属数の変化．Cmはカンブリア型動
物，Pzは古生代型動物，Mdは現代型動物．カン
ブリア紀に特徴的な動物群は，ペルム紀-三畳紀
境界（古生代-中生代境界）で永久に絶滅した．
– 大量絶滅によって，生態学
ニッチが空になると，新しい形
態の生物が現れる機会がで
きる．より多くの遺伝的変動の
発現が可能となる
白亜紀-第三紀境界の大量絶滅
• 約6,550万年前．中生代と新生代の間の白亜紀-第三紀境界
• 属のおよそ50%が消滅した．恐竜の消滅
• 100万年より短いタイムスケールで起こった
白亜紀-第三紀境界の隕石衝突
•
•
イリジウムはK-T境界において著しく高濃度
K-T境界における隕石衝突仮説は，チクシュルー
ブ衝突クレーターの発見により事実となった
•
クレーターはメキシコのユカタン半島にあり，その
年代は境界と正確に一致する
•
フロリダ沖の堆積物の掘削によって，イリジウム
異常と同時に起こった巨大津波の証拠，海洋生
物種の突然の変化，さらに衝撃石英およびテクタ
イトがあきらかにされた
白亜紀-第三紀境界の洪水玄武岩
•
K-T境界をまたぐ数十万年以内に，洪水玄武岩地域がインドに現れた．デカンプ
ルームの最初の噴出は，数百万km3の玄武岩をつくった（デカントラップ）．それか
ら続くホットスポットは，現在もレユニオン島で活動している．この事変は，数十万
年もの間地上の火山噴出物量を2倍以上にするほど大きかったので，全球の生
物にきわめて深刻な環境影響をおよぼした可能性がある．しかし，火山活動仮説
は，イリジウムの証拠を簡単に説明できない
•
洪水玄武岩の噴出が全球の生物圏にストレスを与え，この危機のさなかに衝突
が決定的な一撃をもたらした?
ペルム紀-三畳紀境界の大量絶滅
• 約2億5,100万年前の古生代と中生代の境界．古生物学上最大級の大量
絶滅が発生した．属の80%が消滅
• 原因はおよそ1,000万年の間隔をおいて起こった2つの洪水玄武岩事変
• 古い方の事変は，中国西部の峨眉山トラップの形成と一致する．若い方
の事変は，顕生代の地質記録において最大の火山噴出．それは，短期
間に2  106 km3以上の溶岩を含むシベリアトラップを形成した
ペルム紀-三畳紀境界の洪水玄武岩
•
ペルム紀末の絶滅は，海洋の炭素同位体組成の顕著な変化を示す．炭素同位
体の結果は，大量の有機炭素が大気と海洋に加えられたことを示す
– 隕石は，海洋の炭素収支に影響をおよぼすほど大量の炭素を含まない．また，隕石の炭素
は，変化に必要な同位体組成を持っていない
•
シベリアトラップは，石炭に富む堆積層を貫いて噴出した．石炭は，植物から生成
され，軽い炭素同位体組成を持つ．さらに，石炭の燃焼は，大量のCO2を放出し，
全球の温暖化と海洋の酸性化を含む大きな影響をおよぼした
洪水玄武岩，隕石衝突と大量絶滅
• 大量絶滅との年代の一致は，衝突よ
りも火山活動の方が有意によい
• K-T境界を例外として，巨大な火山噴
出は環境と生物に対してより長期に
わたる影響をおよぼすらしい
• 最大の大量絶滅を引きおこしたキ
ラー・プルームは，磁場反転のない長
い期間の後に起こった？ コア-マント
ル相互作用が地球表面での生物進化
における大事変と関連している？
• 地質記録には，大量絶滅と関係のな
い隕石衝突および洪水玄武岩事変も
ある．生物圏はかなり頑丈であるので，
破局的絶滅を引きおこすには，「ワン
ツーパンチ」が必要？
惑星進化の原理
知的生命の出現
生物の陸上進出
水生の多細胞生
物の出現
単細胞真核生物
の多様化
原核生物の多様
化
• 進化の定向性
– 関係と複雑さの増加
– エネルギー利用効率の増加
– 生態系空間の拡大
進化の定向性
• 個々のDNAの突然変異には，定向性は
ない
• より多くのエネルギーを利用できる生物
が有利であるならば，エネルギー利用
を増大させる定向的変化が必然となる
• 複雑なネットワークとフィードバックに
よってシステムの安定性が増大するな
らば，そのような変化も好まれる
• 肉食動物と獲物の争いにおいて，両者
の脳のサイズは大きくなった．より大き
な脳には，進化的な利点がある
• 定向性は，選択上の有利さから現れる．
分子レベルの変化がランダムであって
も，進化は定向性を持つ
肉食動物とその獲物の脳のサイズの増加
• 将来を配慮し，道具と燃料を用いてエ
ネルギー利用を増大し，言語を利用す
る種は，競争においてきわめて有利
– 知的生命の出現は，惑星進化の自然な
結果である