地球の陸地の約11%を覆う氷床と氷河は、驚くほど豊かな生命の源です。氷の下と内部に液体の水が広がる部分は、遺伝的に多様な微生物の生息地となっています。そして、これらの生物を研究することで、地球の歴史において、陸地が何百万年もの間完全に氷に覆われていた時代があったとしたら、生命はどのような姿をしていたのか、ある程度の手がかりが得られます。
生命がどのようにしてこれらの「スノーボール・アース」現象の間生き延びたのかは、いまだに謎に包まれています。土壌が長期間氷の下に閉じ込められていたため、微生物が摂取する典型的な栄養素は枯渇していたはずです。しかし、ブリストル大学の同僚と私の研究により、これらの生物が水自体から水素という形でエネルギーを解放できた可能性のあるメカニズムが明らかになりました。
数億年前、地球史において新原生代と呼ばれる時代には、数百万年にわたる全球規模の氷河期において、氷床が地球上のすべての大陸を覆っていたと考えられます。氷床のかなりの部分は、地熱、上にある氷の圧力、そして氷が滑り落ちる際の摩擦によって凍結しません。このことから、一部の科学者は、これらの広大な湿潤な氷河下生息地が生命の避難所、すなわち「レフュジア」として機能し、長期にわたる氷河期の間に生物多様性をある程度維持していた可能性があると主張しています。
最も過酷な場所での生活。写真：エディ・ヒル
これらの冷たく暗い生息地では、光合成に必要な光は得られません。今日の氷河の下には、岩石中の硫化鉱物を「食べる」ことで生き延びる微生物もいますが、氷河が地表を流れる際に運ばれてきた土壌や植物の残骸を餌とする微生物もいます。しかし、もし陸地全体が何百万年もの間氷に覆われていたとしたら、これらの「有機的な」食料源は徐々に消滅していたでしょう。
新しいエネルギー源
私たちの研究は、氷床下の岩石表面での反応が、氷河下の微生物を支えるのに十分な新たなエネルギー源となり得ることを示唆しています。これらの反応は、火打ち石同士を擦り合わせて火花を発生させ、火を起こす際に起こる反応に似ています。
フリントの露出したばかりの珪酸塩層への衝撃により、表面の分子の化学結合が切断されます。反応性の高い切断された結合（いわゆる「フリーラジカル」）は、大気中のガスと急速に反応し、雷の発生と同様に、火花を発生させるのに十分なエネルギーを放出します。
氷河底生物のサンプリング。写真：ジョン・テリング
氷河と氷床は、岩石を粉砕し、膨大な量の岩石を侵食し、数千年かけて地形を変化させるという大きな役割を果たしています。このプロセスを実験室で再現するため、様々な岩石をボールミルで粉砕し、氷河堆積物と同程度の粒径にした後、冷水を加えました。その結果、粉砕したケイ酸塩と0℃の水を混合すると、常に水素ガスが発生することがわかりました。岩石が細かく粉砕されるほど、より多くの水素が生成されます。
この水素は、新しく破砕されたケイ酸塩鉱物の反応性の高い表面が水と反応して分解する際に生成される可能性が高いと考えられます。水素は多くの氷河下の微生物にとって、エネルギー源、つまり食料源として利用可能です。この反応によって生成される水素は、この環境における様々な微生物の生命を支えるのに十分な量です。
つまり、鉱物表面で水を分解するこれらの「雷」反応は、現在そして過去のスノーボールアース現象においても、氷の下で生命と生物多様性を維持するための新たな手段となるということです。これは、私たちが想像できる最も過酷な環境においても生命が存在する可能性があることを示唆しています。このことが示唆する刺激的な可能性は、銀河系全体の他の氷惑星や衛星といった、一見すると過酷な環境にも生命が存在する可能性があるということです。
ジョン・テリング、ブリストル大学地理科学部臨時講師
この記事はThe Conversationに掲載されたものです。元の記事はこちらです。
