新研究：初期地球の海での生命の重要な金属は鉄だけだった

Tokyo最近の研究によれば、鉄は地球の古代の海において初期生命が利用した最初で唯一の遷移金属であったと示唆されています。ミシガン大学、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の科学者たちは、初期の生物過程における鉄の役割を調査しました。彼らは、古代の酸素がない海では大量の鉄が存在し、それが他の遷移金属を初期生命が利用することを困難にしていたことを発見しました。

太古代は約40億年前から25億年前までの期間で、その時期の海洋にはFe(II)と呼ばれる鉄が多く含まれていました。この鉄は水に溶ける性質を持っていました。しかし約25億年前に重要な出来事が起こりました。それが大酸化イベントです。この出来事により、酸素を生産する光合成が海の化学組成を変化させ、Fe(II)がFe(III)に変わりました。その結果、鉄は水に溶けにくくなり、生物が利用しにくくなりました。

この研究の主な要点は次のとおりです。

初期の地球の海では、鉄が最も豊富でアクセスしやすい金属でした。しかし、大酸化イベントにより利用可能な鉄が減少し、他の金属が利用しやすくなりました。生命は当初、ほとんど鉄に依存して生物機能を維持していましたが、酸化後は多様な機能のために他の金属を利用するよう適応しました。

この研究によると、初期の生命の分子は限られた選択肢しか持たず、現代では亜鉛、ニッケル、マンガンなどが担う役割を鉄が果たしていたことが多かったことが示されています。例えば、現代の酵素は主に亜鉛を使用しますが、古代の酵素は鉄を同様に効果的に利用していた可能性があるというデータがあります。鉄は豊富で適応性があるため、始生代には重要だったと考えられます。

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研究者たちは岩石と化学データを調査し、初期の海にどれほどの金属が存在していたのかを解明しました。このことは、生物が環境に適応する能力を持っていることを示しており、鉄だけでなくさまざまな金属を利用することが、生命が新たな形で進化するのに役立ったことを示唆しています。

鉄の特異な特性が初期の進化を加速させた可能性があります。研究者たちは、鉄が生物学的プロセスで多くのことを行えることを発見し、それがこれらのプロセスをより速くするかもしれないと考えています。これにより、大酸化イベントの後に単純な微生物からより複雑な生命体への急速な変化が説明できるかもしれません。

この研究は、生命がその化学を変化させ適応させられるという考えを示しています。現在鉄以外の金属を使用する酵素は、もともと鉄が不足する環境に対応するためにその能力を発達させた可能性があります。鉄が入手困難になるにつれ、生物は他の金属を使い始め、新しいエネルギーの処理方法や多様な生命形態の創造につながったのです。

この研究は、初期の生命における金属の必要性に対する理解を変えるものであり、生物システムが環境の化学的変化にどれほど適応できるかを示しています。これは、最初の生命体がどのようにして金属が豊富な環境に対処し、今日見られる多様な生命へとつながったかについての洞察を提供しています。