第8章惑星としての地球Earth as a Planet

As far as we know, Earth seems to be the only planet in the solar system with life. The origin and development of life are an important part of our planet’s story. Life arose early in Earth’s history, and living organisms have been interacting with their environment for billions of years. We recognize that life-forms have evolved to adapt to the environment on Earth, and we are now beginning to realize that Earth itself has been changed in important ways by the presence of living matter. The study of the coevolution of life and our planet is one of the subjects of the modern science of astrobiology.

私たちの知る限り、太陽系で生命のある惑星は、地球だけのようだ。生命の起源と発達は、地球の物語の重要な部分を占める。生命は地球の歴史の初期に生まれ、生物は何十億年もの間、環境と相互作用してきた。生命の形が地球の環境へ適応するよう進化してきたことは、よく認識されている。そして今、生命のある物質の存在によって、地球そのものも重要な変化を受けてきたと、理解し始めている。生命と地球がともに進化する過程の研究は、現代の宇宙生物学のテーマの一つである。

The record of the birth of life on Earth has been lost in the restless motions of the crust. According to chemical evidence, by the time the oldest surviving rocks were formed about 3.9 billion years ago, life already existed. At 3.5 billion years ago, life had achieved the sophistication to build large colonies called stromatolites, a form so successful that stromatolites still grow on Earth today (Figure 8.15). But, few rocks survive from these ancient times, and abundant fossils have been preserved only during the past 600 million years—less than 15% of our planet’s history.

地球の生命誕生の記録は、休みなく動く地殻の中で失われてきた。化学的な証拠によれば、現存する最古の岩石が約39億年前に形成されたときには、生命はすでに存在していた。35億年前には、生命はストロマトライトと呼ばれる大きな群体を作れるほど複雑になっていた。この形は非常にうまく機能したため、ストロマトライトは今日も地球上で成長している（図8.15）。しかし、このような古い時代の岩石は、ほとんど残っていない。化石が豊富に保存されているのは、過去6億年間だけであり、地球の歴史の15%にも満たない。

There is little direct evidence about the actual origin of life. We know that the atmosphere of early Earth, unlike today’s, contained abundant carbon dioxide and some methane, but no oxygen gas. In the absence of oxygen, many complex chemical reactions are possible that lead to the production of amino acids, proteins, and other chemical building blocks of life. Therefore, it seems likely that these chemical building blocks were available very early in Earth’s history and they would have combined to make living organisms.

生命が実際にどのように始まったかについて、直接の証拠はほとんどない。初期の地球大気は、現在とは異なり、豊富な二酸化炭素と少量のメタンを含んでいたが、酸素の気体はなかったことがわかっている。酸素がなければ、多くの複雑な化学反応が可能となり、アミノ酸、タンパク質、その他の生命の化学的構成要素が生じる。したがって、これらの構成要素は、地球の歴史のごく初期から存在し、組み合わさって生物を作った可能性が高いと考えられる。

For tens of millions of years after Earth’s formation, life (perhaps little more than large molecules, like the viruses of today) probably existed in warm, nutrient-rich seas, living off accumulated organic chemicals. When this easily accessible food became depleted, life began the long evolutionary road that led to the vast numbers of different organisms on Earth today. As it did so, life began to influence the chemical composition of the atmosphere.

地球形成後の数千万年間、生命は、おそらく暖かく栄養に富む海の中で、蓄積した有機化合物を糧に存在していた。今日のウイルスのような、大きな分子とさほど変わらないものだったかもしれない。この手に入れやすい食料が尽きると、生命は、今日の地球にある莫大な種類の生物へ至る、長い進化の道を歩み始めた。その過程で、生命は大気の化学組成にも影響し始めた。

In addition to the study of life’s history as revealed by chemical and fossil evidence in ancient rocks, scientists use tools from the rapidly advancing fields of genetics and genomics—the study of the genetic code that is shared by all life on Earth. While each individual has a unique set of genes (which is why genetic “fingerprinting” is so useful for the study of crime), we also have many genetic traits in common. Your genome, the complete map of the DNA in your body, is identical at the 99.9% level to that of Julius Caesar or Marie Curie. At the 99% level, human and chimpanzee genomes are the same. By looking at the gene sequences of many organisms, we can determine that all life on Earth is descended from a common ancestor, and we can use the genetic variations among species as a measure of how closely different species are related.

科学者は、古い岩石の化学的証拠や化石から生命史を調べるだけでなく、急速に進む遺伝学やゲノム科学の手法も使う。ゲノム科学は、地球のすべての生命が共有する遺伝暗号を研究する学問である。各個体は固有の遺伝子の組を持つが――そのため遺伝的な「指紋」は犯罪の捜査に非常に役立つ――同時に、多くの遺伝的な特徴も共有している。あなたのゲノム、つまり体内のDNA全体の地図は、ユリウス・カエサルやマリー・キュリーのものと99.9%の水準で同一である。ヒトとチンパンジーのゲノムも、99%の水準で同じだ。多くの生物の遺伝子配列を調べると、地球のすべての生命が共通の祖先から生じたことがわかる。また、種の間の遺伝的な違いを、異なる種同士がどのくらい近縁かを測る尺度として使える。

These genetic analysis tools have allowed scientists to construct what is called the “tree of life” (Figure 8.16). This diagram illustrates the way organisms are related by examining one sequence of the nucleic acid RNA that all species have in common. This figure shows that life on Earth is dominated by microscopic creatures that you have probably never heard of. Note that the plant and animal kingdoms are just two little branches at the far right. Most of the diversity of life, and most of our evolution, has taken place at the microbial level. Indeed, it may surprise you to know that there are more microbes in a bucket of soil than there are stars in the Galaxy. You may want to keep this in mind when, later in this book, we turn to the search for life on other worlds. The “aliens” that are most likely to be out there are microbes.

こうした遺伝分析の手法により、科学者は「生命の樹」と呼ばれるものを作れるようになった（図8.16）。この図は、すべての種に共通する核酸RNAの一つの配列を調べ、生物同士がどうつながるかを示している。図を見ると、地球上の生命の大半を占めるのは、あなたが聞いたこともないような微小な生き物だとわかる。植物界と動物界は、右端の小さな二つの枝にすぎないことに注目しよう。生命の多様性の大部分、そして私たちの進化の大部分は、微生物の水準で生じてきた。実際、バケツ一杯の土の中には、天の川銀河の恒星よりも多くの微生物がいると知ると、驚くかもしれない。本書の後半で、ほかの世界の生命探しへ進むときには、このことを覚えておくとよい。そこにいる可能性が最も高い「異星人」は、微生物なのである。

Such genetic studies lead to other interesting conclusions as well. For example, it appears that the earliest surviving terrestrial life-forms were all adapted to live at high temperatures. Some biologists think that life might actually have begun in locations on our planet that were extremely hot. Yet another intriguing possibility is that life began on Mars (which cooled sooner) rather than Earth and was “seeded” onto our planet by meteorites traveling from Mars to Earth. Mars rocks are still making their way to Earth, but so far none has shown evidence of serving as a “spaceship” to carry microorganisms from Mars to Earth.

このような遺伝的研究は、ほかにも興味深い結論へつながる。例えば、地球の生命で最も古くから生き残っている系統は、いずれも高温で生きるよう適応していたらしい。一部の生物学者は、生命は実際に、地球上の極端に熱い場所で始まったのかもしれないと考える。さらに興味深い別の可能性は、生命は地球ではなく、先に冷えた火星で始まり、火星から地球へ飛んできた隕石によって地球に「種まき」されたというものだ。火星の岩石は今も地球へ来ているが、これまで、火星から地球へ微生物を運ぶ「宇宙船」の役目を果たした証拠を示すものはない。