地球上の生命の歴史は、植物（および他の一部の生命体）が太陽光を化学エネルギーに変換するプロセスである光合成なしには語れません。そして今、研究チームが、17億5000万年前という驚異的な時代の、これまでで最古の光合成構造の化石を発見したと発表しました。
これらの構造物は、オーストラリア北部で発見されたシアノバクテリアと推定されるナビフサ・マジェンシスの微化石です。シアノバクテリアは、酸素発生型光合成によってエネルギーを得る微生物の一種です。酸素発生型光合成では、太陽光エネルギーを利用して水と二酸化炭素をグルコースと酸素に変換します。したがって、これらの古代のバクテリアは、地球上で最も基本的な生命プロセスの一つがどのように誕生したかを科学者が理解する上で役立ちます。研究チームの研究は本日、ネイチャー誌に掲載されました。
「今回の発見により、このような内部膜の化石記録が少なくとも12億年延長されました」と、ベルギーのリエージュ大学の生物学者で本研究の共著者であるエマニュエル・ジャヴォー氏はギズモードへのメールで述べた。「化石細胞におけるこれらの膜の配置から、17億5000万年前の死滅時に、初期の酸素発生型光合成を活発に行っていたシアノバクテリアであることが明確に特定できます！」
言い換えれば、この化石は地球上の根源的なプロセス、つまり私たちが知る生命の誕生につながった過程を垣間見るための、まさに画期的な窓と言えるでしょう。オーストラリアはバクテリアの化石の宝庫であり、地球最古の生命の謎を解き明かす手がかりとなっています。実際、地球上で生命の存在を示す最古の証拠は、約35億年前のストロマトライト、つまり古代の微生物が層状に堆積したコンクリーションです。
これらの最古の生命の兆候から約10億年後、そして研究チームが研究した微化石が出現する数億年前、地球は大酸化イベントを経験しました。このイベントでは、酸素生成がそれ以前よりもはるかに速く行われました。シアノバクテリアにおける酸素発生型光合成が、大酸化イベントと関連していつ進化したかは正確には分かっていません。
今回研究チームが研究したN. majensisは最古のストロマトライトよりも新しいものですが、酸素発生型光合成のタイムラインに新たなデータポイントを加えるものです。これまでの研究では、光合成を進化させた細菌系統は今日では存在しない可能性があることが指摘されており、そのような生物の微化石は、その進化がどのように起こったのかを理解する上で重要な鍵となります。シアノバクテリアは植物の葉緑体の祖先とも考えられており、その化石は光合成の起源を解明する上で最適な研究対象となります。
ジャヴォー氏のチームは、オーストラリア、コンゴ民主共和国、そしてカナダ北極圏の化石群集を研究し、それらからシアノバクテリアを特定できるのではないかと期待した。ジャヴォー氏によると、N. majensisのような分類群は古くから知られているものの、その単純な形態のために同定が難しい場合があるという。
研究チームは、N. majensisの微細構造をチラコイドと特定した。チラコイドは、植物の葉緑体や一部の現生シアノバクテリアに存在する膜結合構造の一種である。これにより、チラコイドを持つシアノバクテリアと持たないシアノバクテリアの分岐の最小年代は約17億5000万年前であると結論づけた。
酸素発生型光合成のタイムラインに新たな基準が加わったとはいえ、今回の発見は、大酸化イベントとの関係で光合成がいつ進化したのかという点については、あまり示唆を与えていません。しかし、チラコイドを持つN. majensisのような化石がさらに発見されれば、何らかの答えが得られるかもしれません。
続き：科学者たちは新しいレーザー技術のおかげで光合成が起こっている様子を詳細に観察する
