02
2016

実は酸素は毒だった!?-生命誕生における酸素の役割と全球凍結に迫る


こんばんわ! ゆうひのぼるです。

今日は地球の生命が活動する上でなくてはならない物質である
「酸素」について興味が沸いたので掘り下げたいと思います。

そもそも酸素って何か?、どのような役割があるのか。
生命はなぜ酸素を使ったのか?などを中心に放したいと思います。

酸素は実は毒だった!?

実は酸素って元々生命には毒なんです(笑

こんなこと書くと物騒に思えるかもしれませんが
よく今の時期なら食べ物を冷蔵庫に入れずに放置しておくと
腐ってしまいますよね。

実はこれ「酸化」といい酸素によって物質の組成が変わってしまったものなんです。

酸素という物質は他の元素と強く結びつきますので化学変化しやすい物質であるといえます。
逆に言えばそれを効率良く使えば莫大なエネルギーを得ることができます。

ちなみに大昔の生命体は酸素を必要としていませんでした。
ブドウ糖などは代表的なエネルギーですがブドウ糖は炭素と水素と酸素によってできています。

今の生物はこれを組み替え二酸化炭素と水に変換することでエネルギーを得ていますが

大昔の生物は酸素を使わずに物質を分解していましたのでアルコールとか乳酸までにしか分解できず
エネルギーを取り出す効率としては悪かったと思われます。

しかしある時に「酸素」を使ってエネルギーを取り出す生物が現れました。
生物が酸素を使うのとそうでないのとではエネルギー効率が19倍も違います。

酸素のもう1つの恩恵として「オゾン層」というものがあります。

オゾン層とは地球の対流圏の位置に存在します。赤道から高度17キロの地点で
極では高度10キロの地点です。

ちなみに高度80キロメートルからの熱圏は温度が2000度もありますが
宇宙飛行士がなぜこのような領域で活動できるかと言えば温度は高いのですが
大気が希薄なために熱さを感じないのです。

不思議ですね(笑

オゾン層の効果としては
生命に有害な太陽からの紫外線から守る役割があります。
紫外線はよく殺菌に使われていますが生物にとってはDNAに悪影響を与え害があります。

オゾン層を全部集めてもその層の厚さは4ミリメートルくらいですので
ものすごく薄い層だというこのがわかります。

しかもオゾン自体は生命にとって有害な物質です

強い酸化力があって仮に吸い込むと内臓がただれてしまいます。

なのでオゾン層を直接吸うことがないように注意してください(笑

太古の地球には酸素がなかった

大昔の地球では酸素がなく
生命も酸素を必要としませんでした。

それも地球誕生から半分くらいまでは酸素はほとんどなかったとされます。

わかっているのは酸素はだんだんと増えていったのではなくて
いきなり増えたとされます。

「大酸化イベント」です

原生代初期のおよそ24億5000万年前から20億年前と原生代後期のおよそ6億年前
2回にわたって起こったことがわかったいます。

特に原生代初期の酸素増加は大きく現在の10万分の一から1%くらいにまで増えました。

そして真核生物が現れたのが19億年前なので第一回大酸化イベントの直後らしいのです。


酸素はなぜ増えたのか?

酸素がなぜ増えたのか?これは実は未だに解決していない問題のひとつです。

単純に草木が増えたからじゃないの?と思えるかもしれませんが
確かにシアノバクテリアなどの草や葉は光合成し酸素を放出しますが
死んだときも酸素を消費します。

つまり現在の地球ように釣り合いがとれているのです。

現在の地球も酸素濃度21%とこれは変わりません。


二酸化炭素の場合はカテゴリの「大陸編」で書いたように
釣り合いがとれるときもあれば大気がかたよる時もあります。

しかし過去どうやって酸素が増えていったのかわからないのです。

説としてあげられるのは大陸の存在です。

一説には死んだ生物が分解されずに堆積する場合です。
この場合は酸素を消費することなくすみます。

例えば、海の生物が死ぬと他の生物によって分解されて酸素が消費されます。
しかし地面に堆積し他の物質によって埋められた場合、生物は分解することができません。

なのでこうした使われずにすんだ酸素によって増えていったと考えられます。
しかしこの説は今現在でも起こってもおかしくない現象でどの程度定量的に影響しているのか
わかっていません。

スノーボール説

酸素が増加したと考えられるもう1つの説に「全球凍結」というものが
あります。

全球凍結は約23億年から22億2200万年前約7億3000万年前から7億年前
6億6500万年前から6億3500万年前の少なくと3回あったことがわかっています。

二酸化炭素のサイクルによって温暖化し、凍った地表が一気に溶けて
鉱物が溶解する科学風化が激しくなったことです
このときに大陸から様々な栄養塩が生みに流れ込み、光合成生物は
豊富な栄養素によって大繁殖しました。

その結果酸素が増大したという説です。

しかもこれまでの酸素の増大サイクルは全球凍結後に起きているので
この説は有力です。

まとめ

一回目の「水」からこれまでで水、プレートテクトニクス、大陸、生命と続けてきましたが
この4つはいずれも太陽系でのほかの惑星には存在しないものです。

そして
地球生命誕生の鍵は「液体の水という媒体」「二酸化炭素の循環による適温の維持」「材料の供給」
に集約されます。

上記の条件は他惑星でも通用するのでしょうか?
またどれくらいの確立でこの宇宙には生命が誕生しえるのでしょうか?

次回からはそこをテーマに書いていけたらなと思います。


また会いましょう!さようなら!
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