千年前の化石の独白を聞く - 植物の「石」のコードを解読する

張新木（中国科学普及研究所ポストドクター研究員）

「昔々、地球では…」 なんともおなじみの冒頭のセリフだ。

古代に関するドキュメンタリーを観るとき、科学者は何千万年、あるいは何億年も前の話を再現する説得力のある解説をどうやって知るのだろうと疑問に思ったことはありませんか。

研究者は、従来の化石の研究に加えて、考古学、古気候、古植生研究で一般的に使用される方法である植物珪酸体分析も使用します。

植物珪酸体とは何か

自然界では、水晶、瑪瑙、石、砂にはすべてシリカが含まれています。少量のシリカも水に溶けています。高等植物の根は水と同時に可溶性シリカを吸収し、それを植物のさまざまな部分に運びます。これらのシリカは、人間の体内の石と同じように、植物細胞の間や内部に沈殿し、四角形、ダンベル形、十字形、帽子形などさまざまな形の植物の「石」、つまり水和非晶質シリカ粒子を形成し、植物珪酸体とも呼ばれます。

これらの「石」は非常に小さく、通常 20 ～ 200 ミクロンの大きさで、主に二酸化ケイ素 (70 ～ 95%) で構成され、さらに吸着水 (3 ～ 12%)、有機炭素 (0.1 ～ 6%)、およびアルミニウム、鉄、カリウム、ナトリウム、カルシウムなどの微量元素が含まれています。顕微鏡で見ると、通常は無色または淡い肌色ですが、不純物が多い場合は茶色や褐色に見えることもあります。

植物珪酸体分析はなぜ役立つのでしょうか?

植物珪酸体は広く分布しており、数も豊富です。高等植物があるところには必ず植物珪酸体がある。イネ科植物の葉1グラム中には、10万～100万個の珪酸体が含まれています。

植物珪酸体が区別できる。異なる植物や同じ植物の異なる部分によって生成される植物珪酸体は、外観と量が異なります。植物珪酸体の大きさ、形、種類、含有量を研究することで、過去の植生とその収穫量を推測することが可能です。

植物珪酸体は強力な特性を持ち、酸、アルカリ、高温に耐性があります。植物は死んで腐ることは言うまでもなく、動物に食べられても分解されず、最終的には土に染み込み、植物本来の多くの情報とともに長期間保存されます。内部の内容物は内部に閉じ込められており、外部環境の変化の影響を受けにくいため、古代の環境に関する情報を直接反映することができます。

こうした特性から、微小植物化石である植物珪酸体はさまざまな研究に利用されています。

植物珪酸体分析で何ができるのでしょうか?

考古学の過程で不可解な問題の一つは、布地など一部の品物は時間の経過に耐えられず、簡単に「腐ってしまう」ということである。不完全な「ぼろぼろのマット」を見つけたらどうすればいいでしょうか？ 2017年に周源遺跡の祁鎮発掘区で行われた現地考古学発掘調査の際、北京大学の研究者らは、ひどく劣化した織物を発見した。研究者らは、これはある種の藁製のマットではないかと推測した。その後、研究チームは植物珪酸体を抽出し、その形態学的特徴と組み合わせが葦の茎の植物珪酸体と完全に一致することを発見し、ついに3,000年以上前の葦の敷物を発見した。

中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所の研究者らは、恐竜の化石の歯から「歯石」を取り出し、その中に含まれる植物珪酸体を検出し、それが実はイネ科の植物であることを発見した。この研究は、包括的な分析を通じて、ポマカンサスが1億年以上前に「草食」恐竜であったことを証明しただけでなく、イネ科の起源の重要な時点を数千万年前から1億年以上前の白亜紀前期まで大幅に前進させました。

恐竜の化石とその口の中の植物珪酸体（著者提供の写真）

考古学に加えて、一部の科学者は植物珪酸体分析を利用して古代の植生や気候を再現しています。東北師範大学の研究チームは、長白山地域の古代の植生と古代の気候を再現し、この地域は後期氷河期以来、寒くて乾燥した気候から温暖で乾燥した気候、さらに温暖で湿潤な気候、そして最後に涼しく乾燥した気候へと、継続的な気候変動を経験してきたことを発見した。森林や草原の分布も気候変動によって変動しています。

最後に、どのような研究方法にも独自の限界があることを強調することが重要です。植物珪酸体分析は優れていますが、研究プロセスでは通常、動植物の化石、花粉、バイオマーカー、放射線、安定同位体など、複数の方法を組み合わせて使用​​し、複数の角度から証明して十分な証拠を提供し、より信頼性の高い結果を得ます。

（この記事は2022年1月28日にScience Popularization Timesに掲載されました）

（植字：張新牧 編集：Qi Yu 校閲：鄒鎮）

中国科学作家協会は2017年以来、「科学普及とSF青年スター計画」プロジェクトを継続的に実施し、科学普及とSF創作に関心を持つ社会全体から18～45歳の若い才能を選抜し、育成しています。この活動が開始されてから5年間で、約5,000人の研修生が訓練を受け、1,245点のポピュラーサイエンスとSF作品が展示され、数百人の作家が「ポピュラーサイエンスとSFの青春スター」の称号を授与されました。 2021年は約400作品の中から、ポピュラーサイエンス作品19作品、SF作品11作品を含む優秀作品30作品が選ばれました。中国科学作家協会の積極的な推薦により、作品の一部は「科学物語クラブ」「中国青年報」「科学普及時報」などのメディアに掲載されました。中国科学記者協会のWeChat公式アカウントは、読者向けに「新星に会う」コラムを通じてそれらを転送した。