なぜ私たちは絶滅を気にするのでしょうか?

「大量絶滅はなぜ起こるのか？」これは科学者たちが長い間議論してきた問題であり、現在最も挑戦的な科学の最先端課題の 1 つとも考えられています。

生命が誕生してから30億年以上の間に、数え切れないほどの絶滅が起こってきました。学者たちは手がかりを利用して、これらの災害の背後にある秘密とパターンを探っています。 1982 年、ジャック・セプコスキとデビッド・M・ラウプは統計的手法を巧みに利用して、地質学の歴史における生物種の変化を研究しました。その結果、古生物学界で誰もが知っている「ビッグファイブ」（有名な5つの大量絶滅）が生まれました。それは、オルドビス紀-シルル紀大量絶滅、後期デボン紀大量絶滅、ペルム紀-三畳紀大量絶滅、三畳紀-ジュラ紀大量絶滅、そして誰もがよく知っている白亜紀-古第三紀大量絶滅です。

ビッグファイブデビュー[1]

これらの出来事により、当時の地球上の種のそれぞれ 85%、70%、96%、75%、75% が死滅し、地球全体の様相を変えかねない大きな変化が引き起こされました。もちろん、これらの数字は、これらの災害がどのようなものになるかを直感的に理解することはできない。現在、私たちは巨大な絶滅イベントの真っ只中にいるが、この数字だけでは絶滅そのものを直感的に理解することはできないのだ。

したがって、今日は過去の壮大で伝説的な大量絶滅事件について話すつもりはありません。今日は、地質学の歴史において重要ではなかった小さな絶滅イベントについてお話します。もちろん、終末的な災害を引き起こしたわけではありませんが、それでも非常に重要であり、実際、他のどの絶滅イベントよりも私たちと密接に関係しています。

最後の大量絶滅（白亜紀-古第三紀の絶滅）から約 1000 万年後の 5550 万年前に戻りましょう。春から夏への変わり目に、天使がラッパを吹き鳴らすと、燃える隕石が空から落ちてきて、世界中のすべてを焼き尽くしました。日が暮れて、星も月も見えなくなっていた。陸、海、空の支配者は完全に姿を消し、廃墟だけが残り、新参者がゆっくりと立ち上がるのを待っていました。

チクシュルーブ・クレーターの直径は180キロメートルです。画像提供: NASA/JPL-Caltech

しかし、災害から1000万年後、世界は回復し、再び繁栄しました。哺乳類は急速に拡散し、さまざまな種類に進化しました。爬虫類は中生代からの家業を受け継ぎ、依然として多くの場所を支配していた。条鰭類が海洋を支配するようになり、新たに出現した造礁生物とともに浅海の生態環境を構築した。生き残った鳥たちも広範囲の生態学的地位を占め、巨大な冠恐怖鳥（ガストルニス）はまるで祖先の栄光を思い起こさせるかのように地球を歩き回っていた。被子植物の完全な出現を含め、すべてが繁栄していた。この新しい世界では、大型の草食哺乳類はまだ出現しておらず、種は希少であったが、密林が依然として大陸を覆い、空き地はほとんど残っていなかった。

そんな繁栄の真っ只中、海上で突然異変が起きた。

今日に至るまで、この事故の原因についてはさまざまな意見がありますが、その結果はよくわかっています。有孔虫と呼ばれる小さな生物が、新生代最大の絶滅を偶然引き起こしたのです。

有孔虫は古代の生物であり、後生動物のグループ全体とほぼ同じくらい長い歴史を持っています。これは私たちの日常生活で最も簡単に見られる化石種でもあります。これらは自宅でも見つけることができます。自宅が炭酸塩岩石で装飾されている場合、このものがその上に見つかる可能性が高くなります。もちろん、自宅にない場合は、近くの大きなショッピングモールなど、ほとんどどこでも見つけることができます。

有孔虫の化石は装飾材料として非常によく使用されます。周囲の白い石灰岩をよく見ると、基本的にそれが見えます (出典: ポールウィリアムズ、「石灰岩の国 - 石灰岩、ドロマイト、大理石」、Te Ara - ニュージーランド百科事典、http://www.TeAra.govt.nz/en/photograph/12377/limestone)

もちろん、現代人だけではありません。古代エジプトのファラオもほぼ毎日彼らと会い、死後も彼らと同じ墓で眠ったそうです。ピラミッドの石の上に横たわるこれらの動物の化石はヌンムリテスと呼ばれ、古代ローマの偉大な地理学者で歴史家であるストラボンによって初めて記録された、知られている中で最大の原生生物です。もちろん、この事故でヌムリテスは絶滅しなかったが、もう一つの大きなグループである底生有孔虫は不運だった。

ピラミッドのコインワームは、ピラミッド建設者たちが捨てたとストラボンが信じていた豆から変化したものです。 [2]

この出来事により、底生有孔虫の数は激減し、全種の 30% ～ 50% が絶滅しました。同時に、驚くべき炭素排出事象が発生しました。推定によると、年間平均約4億トンの大量の二酸化炭素が排出され、このような急速かつ大規模な炭素排出は5万年間続いた可能性があります[3]。大気中の二酸化炭素濃度が上昇し続けるにつれて、地球の平均気温も5～8℃上昇しました。この出来事は、暁新世・始新世温暖極大期、略して PETM と呼ばれています。

PETM が最初に発見されたとき、突然の挿入と過度に大きな δ18O オフセット値のため、エラーとして破棄されました。 1991年になって初めて、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のジム・ケネットは南極海の掘削コアでこの異常な同位体変動に気づきました。暁新世と始新世の境界で、δ13Cとδ18Oの両方が異常な変動を示しました[4]。 δ18O の変化は気温の急激な上昇に対応し、δ13C の変化は大気中の二酸化炭素の急増を表します。

さらに興味深いのは、絶滅に加えて、有孔虫グループがさらに奇妙な反応を示したことです。 2002年、デボラ・トーマスは、この一連の掘削コアサンプル中の有孔虫の殻にはPETMとPETM前のδ13C値しかなく、中間遷移状態が欠けていることに気づきました[5]。つまり、炭素の排出が始まったときに有孔虫の繁殖が停止したか、炭素の排出速度が速すぎて化石記録に記録できなかったということです。

このような急速な炭素排出は、従来の火山の排気ガスでは解決が困難です。同時期にグリーンランドでも火山活動が起きていたが、研究者らはそれがこれほど急速かつ広範囲にわたる影響を及ぼしたかどうか疑問視している。人々は、もう一つの重要な炭素源であるメタンガス水包接複合体（メタンアイス）に注目し始めました。この名前は聞き慣れないかもしれませんが、10 年前には「可燃性氷」という別名でよく知られていました。

これらの可燃性氷中のメタンは微生物の代謝によって生成されるため、δ13C ドリフト値は当然より極端に負になります。同じ条件下では、メタンは二酸化炭素よりも大きな炭素同位体シフトを引き起こす可能性があります。しかし、これでも、追加の炭素が関与していない限り、δ13C の負の偏移が 45,000 年間ほぼ安定している理由を説明できません。

しかし、この余分な炭素はどこから得られるのでしょうか?

シャーロック・ホームズはかつてこう言いました。「不可能なものを排除したら、残ったものは、どんなに不合理であっても、真実であるに違いない。」科学は真実を探求するために消去法に頼ることはできませんが、確かにそれは前進する道を探究するための非常に有用な方法です。人々が知恵を絞っても余分な炭素を補うことができないなら、その炭素は地球の外からしか来ないかもしれない。 2003年、ラトガース大学のデニス・ケントは、PETMを引き起こした大量の炭素は、炭素を豊富に含む小惑星の衝突によるものだと大胆に判断した[6]。

彼の証拠は地層で発見された単一ドメインの磁性ナノ粒子であり、微生物によって生成される磁性粒子とは異なり、宇宙から来たものであるに違いない。しかし、彼の考えは広く真剣に受け止められなかった。結局のところ、小惑星が地球に衝突したのは1000万年前に一度だけだったのです。もう一つが今現れます。ちょっと頻度が高すぎると思いませんか？

透過型電子顕微鏡による単一ドメイン磁性ナノ粒子

もちろん、より重要な反論は主に炭素の需要から生じます。もしこの出来事が小惑星によって引き起こされたのであれば、何千億トンもの地球外炭素の寄与が必要だったはずで、それはまったく想像もできないことだ。しかし、小惑星が炭素の主な排出源ではなく、きっかけとなるプロセスである場合、モデルは大きく異なる可能性があります。小惑星の衝突により、地球上のメタンハイドレートの放出が加速され、激しい火山活動が誘発されるでしょう。それが運ぶ炭素は、短期間で大気中の炭素含有量を急速に増加させる可能性もあります。これらすべての結果は、明らかに異常な急速な温暖化現象です。

それで証拠はあるんですか？最初の証拠は間接的ではあるが興味深いものだった。2013年、レンセラー工科大学のジェームズ・ライト氏とモーガン・シャラー氏が極めて奇妙な粘土鉱床を発見したのだ。これは非常に均一な縞模様の絡み合いとして現れ、周期的な堆積現象を表しています。彼らの分析によると、この堆積プロセスは季節的な太陽光によって引き起こされたとのことです。彼らの判断が正しければ、この堆積物セットはPETMイベントの最も正確な基準となるでしょう[7]。

規則的な堆積を示す粘土層

研究者たちは粘土中の同位体変化を測定し、δ13Cの減少率がこれまでの推定よりも速く、わずか13年で0.4%減少したことを発見した。これは決して小さな数字ではない。ペルム紀末の急速な温暖化イベントの間、安定炭素同位体の変化はわずか0.5％であり、その時間スケールは数十万年です。極めて急速な炭素排出を考えると、小惑星の衝突がより妥当な原因となると思われる。

2016年、モーガン・シャラーは、PETM境界に位置する米国の大西洋岸で発見された衝撃ガラスという別の直接的な証拠を報告した[8]。これは小惑星衝突の重要な証拠だが、最も重要な証拠である衝突クレーターについての手がかりがまだないため、今のところ最終的な結論を出すことはできない。

しかし、衝突クレーターは最大の謎ではない。本当の謎は絶滅にある。 PETM は、地球化学的な基準から見て、壊滅的かつ激しく、突然で重大な出来事であったが、大量絶滅を引き起こすことはなく、逆に重要な放射線イベントであった。

底生有孔虫は大きな打撃を受けたが、一方でプランクトン性有孔虫は急速に進化し、浅い海を占拠した。魚類は依然として繁栄しており、熱帯地域では小規模なピークを迎えています。昆虫は急速に拡大し、数と種類の増加期に入りました。哺乳類もまた輝かしい夜明けを告げた。この出来事の間に、偶蹄類、奇蹄類、霊長類が出現した。人類は、歴史上最大のヘビや最小の馬とともに、このような高温の中で誕生したとも言える。

最大のヘビであるティタノボアは、体長が12メートルを超えることもあります。その出現は当時の高温環境と深く関係していると考えられています。 [9]

不幸な底生有孔虫を除いて、すべては順調に見えました。

劇的な変化ではありませんでしたが、急速な炭素排出は馴染み深いものでした。PETM はおそらく、地球の歴史上、私たちの現在の気候変動に最も近い出来事でした。しかし現実には、PETM の小惑星、火山活動、メタンハイドレートは産業革命に比べれば見劣りします。私たちは、PETM の自然な副作用よりも 10 倍も極端な、前例のない炭素排出プロセスに直面しているのです。現在、人類は年間約3,700億トンの二酸化炭素相当を排出しています。このままでは、150年でPETMが排出する炭素の総量に追いつくことになります。この規模では、次に何が起こるかは誰にも予測できません。

A: 顕生代における大量絶滅の回数と海洋生物の絶滅率。 B、C: 推定される地球絶滅シナリオ。炭素排出量を抑制できない場合、私たちは短期的には過去の大量絶滅に匹敵する絶滅事象に直面する可能性が高い。 [10]

「生命は道を見つける」 - 今から数千万年後の私たちの時代の地層を発掘したときに何が見えるかは予測できません。産業革命から数えても、人類による炭素排出量の急激な増加はわずか200年以上続いているに過ぎません。地質学の歴史のスケールで、200 年はどのくらいでしょうか?明確な線を引いたり、小さなデータポイントを提供したりするだけでは不十分です。

しかし、もし私たちが本当に絶滅の前兆にいるのなら、私たちが記録されているかどうかは問題ではないでしょう。私たちの背後には、私たちの行動すべてを記録した何千年、何万年、何十万年もの地層があるでしょう。回復曲線は緩やかになり、回復の速度は絶滅の深刻度と完全に予測不可能な正のフィードバックイベントに依存します。

今日の人間のように、自然について書くためにペンを握った生き物は他にいません。そして、何を書くかは私たちの選択次第です。

唯一の残念なことは、プロローグがすでに始まっており、このペンを決して捨てることができないことです。

参考文献:

[1] Raup DM、Sepkoski JJ、「海洋化石記録における大量絶滅」[J]。サイエンス、1982年、215(4539):1501-1503。

[2] Hohenegger J、Kinonish S、Briguglio A、他。月の周期と雨季は、炭酸塩堆積物の重要な生産者である有孔虫の成長と繁殖を促進します[J]。サイエンティフィックレポート、2019年、9(1)。 https://doi.org/10.1038/s41598-019-44646-w

[3] Gutjahr M、Ridgwell A、Sexton PF、他。暁新世-始新世温暖化極大期[J]における、主に火山性炭素の大量放出。自然。 2017;548(7669):573-577.

[4] ケネットJP、ストットLD。暁新世末期の急激な深海温暖化、古海洋学的変化、および底生生物の絶滅[J]。ネイチャー、1991、353(6341):225-229。

[5] Thomas DJ、Zachos JC、Brawer他火の燃料を温める：暁新世-始新世の温暖化極大期におけるメタンハイドレートの熱分解の証拠[J]、地質学、2002、30(12):1067-1070。

[6] Kent DV、Cramer BS、Lanci L、他。彗星衝突が暁新世/始新世の温暖化極大と炭素同位体変動を引き起こした事例[J]。地球惑星科学レター、2003、211：13-26。

[7] ライトJD、シャラーMF。暁新世-始新世温暖化極大期における炭素の急速な放出の証拠[J]。米国科学アカデミー紀要、2013、110(40):15908-15913。

[8] Schaller MF、Fung MK、Wright JD、et al.暁新世-始新世境界における衝突噴出物[J]。サイエンス、2016、354（6309）：225-229。

[9] Head JJ、Bloch JI、Hastings AK、他暁新世の新熱帯地域から発見された巨大なボイドヘビは、赤道付近の過去の気温がより高かったことを示している[J]。ネイチャー、2009年、457(7230):715-717。

[10] Penn JL、Deutsch C. 気候温暖化による海洋大量絶滅の回避[J]。サイエンス、2022、376（6592）：524-526。

制作：中国科学博覧会×知乎

著者: Sunny the Broken、Zhihu の古生物学の優秀な回答者

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。

この記事は中国科学博覧会（kepubolan）に最初に掲載されました。