古生代の大絶滅と気候変動に伴う海洋中の繰り返すリンの急増

古代の海と死にゆく海の謎

恐竜登場のはるか以前、地球の海は多数の海生種を消し去る大規模な大量死を経験していた。科学者たちは長年、栄養塩であるリンの突然の急増がこれらの危機を引き起こした可能性を疑ってきたが、当時の海水で何が起きたかを直接検証する方法が不足していた。本研究は古岩石に対する化学的な「タイムカプセル」を開発・適用し、短期間ではあるが強烈なリンの急増が、初期の2回の大量絶滅と急速な気候変動に一致していたことを明らかにした。

古海の泥と石に隠された手がかり

研究者たちは、初期古生代の2つの大量絶滅、すなわち約4億4500万年前の後期オルドビス紀事変と約3億7200万年前の後期デボン紀事変に着目した。いずれも海洋生物の約80％が消失し、強い全球冷却と海洋酸素変動に結びついていた。栄養塩の歴史を探るため、チームは炭酸塩鉱物に閉じ込められた微量のリン、すなわち炭酸塩関連リン酸（CAP）を測定した。海水中のリンは成長する炭酸塩にその濃度に比例して取り込まれるため、CAPは各岩層が形成された当時の栄養塩レベルの化学的スナップショットとして機能する。

世界に広がった短期的な栄養塩の急増

チームはカナダ、エストニア、南中国、西オーストラリア、ネバダなど、古大陸に広がる7つの岩相区間を採取した。岩石の種類や局所条件は異なるにもかかわらず、CAP記録は同じパターンを示した：緩やかな背景レベルに鋭く短期的なピークが割り込む。後期オルドビス紀では、2回目でより深刻な絶滅パルスが始まるちょうどその時に明瞭なリンのピークが現れた。後期デボン紀では、主たる大量死の前後を挟むように2つのリンピークが見られた。これらのピークが遠隔地で一貫して観察されることは、局所的な堆積や後年の変質ではなく、全球的な海洋変化を反映していることを示唆する。

栄養塩、酸素喪失、全球冷却の結びつき

これらのリン急増が地球システムに何を意味したのかを理解するため、研究者たちはリン、炭素、酸素、気候が数百万年スケールで相互作用する様子をシミュレートするコンピュータモデルに投入した。モデル内では、海洋への余剰リンの供給が藻類の爆発的な増殖を促す。これらの有機物が沈降して分解すると酸素が消費され、海底の低酸素域が拡大する。同時に有機物の埋没が進み、炭素が堆積物に固定されて大気中の二酸化炭素が徐々に低下する。結果として広範な海洋無酸素化と数度程度の全球冷却が生じ、ウラン・酸素同位体や有機豊富な黒色頁岩といった独立した証拠と整合する。

異なる古海での異なる致命打

リンパルスのタイミングは、これらの危機がどのように進行したかをより精緻に描き出す。後期オルドビス紀では、最初の絶滅パルスはリン水準がまだ低い段階で発生しており、当初の主要な死因は氷河冷却と海面低下であったことを示す。大きなリンのピークはその後に来て、より強い酸素喪失の兆候と第2の絶滅パルスに一致し、底生生物と遊泳生物の双方が深刻な打撃を受けた。一方、後期デボン紀では、リンの上昇と低酸素域の拡大は第一の礁危機の段階から進行しており、礁を築く生物、殻を持つ生物、遊泳性魚類の主たる絶滅の直前にピークに達した。第二のリン急増はその後に続き、追加の大量絶滅パルスがなくとも悪条件を長引かせ、生態系回復を遅らせたように見える。

現代にとってこの古い物語が意味するもの

総じて、本研究は短期的なリンの急増が古代の海を繰り返し酸素喪失、気候冷却、そして生態系崩壊へと押しやったという、初めての全球的かつ定量的な証拠を提供する。結果は、栄養塩が単なるオン/オフの引き金ではなく強力な増幅要因として働き、時には冷却や海面変動と共働し、時には回復のペースを決めたことを示す。比較的短期間の栄養ショックに対する海洋生物の感受性を明確にすることで、これら古代の事例は現代の沿岸デッドゾーンや人為的な栄養塩負荷に対する警鐘となる。

引用: Dodd, M.S., Li, C., Zhang, Z. et al. Recurring marine phosphorus spikes during major palaeozoic mass extinctions and climate change. Nat Commun 17, 4481 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70701-y

キーワード: リン循環, 海洋無酸素化, 大量絶滅, 古海洋学, 全球冷却