ペルム紀–三畳紀大量絶滅期における酸化還元境界の縁での生存可能性

縁にしがみつく生命

約2億5200万年前、地球は史上最悪の大量絶滅を迎えました。終末ペルム紀の大量絶滅では、海洋種の約9割が消失しました。本研究は、一見単純だが生存メカニズムに深い示唆を与える問いを投げかけます。深海の大部分が酸素不足になったときでも、海洋生物が生き延びられる呼吸可能な水域は残っていたのか？ 現在のイラン中部に当たる古代熱帯海の地層を調べることで、著者らは浅い海域の一部が世界的危機の間に最後の避難所として機能した可能性を探ります。

地球史の致命的な時代

終末ペルム紀の危機は、特にシベリアでの激しい火山活動によって引き起こされ、膨大な量の温室効果ガスが放出されました。気候は急速に温暖化し、赤道付近の表層海水は多くの生物にとって致死的な水温域に達しました。海洋の温暖化は水層の層化を促進し、表層水と深層水を分離して深海での広範な酸素喪失をもたらしました。多くの研究者はこれをほぼ全球的な「死の海」と描いてきましたが、数値モデルや化石の一部の証拠は、状況がより斑状であり、地域や水深によっては生存可能だった場所が残っていたことを示唆します。

古代熱帯大陸棚の岩石を読む

この仮説を検証するため、研究チームはテティス海の縁に沿う広い熱帯大陸棚上に堆積したアバデフ（Abadeh）とバグフク（Baghuk）の2つの岩相区分に注目しました。これらの地点は、堆積物が絶滅期を通じて連続して堆積しており、途切れのない詳細な記録を保存している点で特に重要です。岩石は、後期ペルム紀の化石に富む石灰岩、微生物群集が形成した特異な瘤状石灰岩構造、そして最初期三畳紀の薄層石灰岩や黒色頁岩を含みます。野外観察、化石組成、複数の元素や同位体の測定を組み合わせることで、これらの古海域における酸素や栄養塩の時代的変化を再構築しました。

隠れた呼吸可能な水を示す化学的手がかり

岩石中の特定の元素は古代の水環境を示すトレーサーの役割を果たします。ウランやモリブデンの非常に低い濃度、ならびにトリウム対ウラン比の高値は、これらの地点で後期ペルム紀に海水がよく酸素化されていたことを示します。同じパターンは絶滅境界を越えて、微生物性石灰岩や黒色頁岩にも続いており、海底上の浅い水槽は、全世界の深海が酸素を失ったにもかかわらず一般に酸素化されたままだったことを示唆します。一方で、ニッケル、亜鉛、リンのような生物生産性に結び付く元素は主な絶滅ピークの前に急激に減少します。これは、局所的な生産性、すなわち酸素を消費する分解性有機物の量が低下し、世界的な環境ストレス下でも水が呼吸可能な状態を保つのに寄与したことを示唆します。

移動する見えない境界

最も示唆に富む信号の一つはマンガンから得られます。マンガンは酸素豊富な水と酸素貧困な水で挙動が異なります。両区分の岩石は、絶滅期の前後にマンガン濃度の顕著なスパイクを示します。このパターンは、酸素を欠く深層水に溶けていたマンガンが上方へ移動し、酸素化された表層水に達したところで固体粒子に変換され沈降したというシナリオに一致します。これらの濃集は、酸素貧乏層と酸素豊富層の見えない境界が上下に何度も移動し、時に浅い棚域に侵入したが恒常的に定着することはなかったことを示唆します。言い換えれば、中央テティス大陸棚は移動する酸化還元境界の縁に位置しており、致命的な条件と生存可能な条件の間の動的な前線に置かれていたのです。

小さな酸素工場とかき混ぜられた海

研究はまた、これら不安定な避難所に酸素がどのように供給されたかを検討します。主な供給源は2つ考えられます。波で乱される浅層水で大気と直接混合すること、そして微生物性岩体を構築する光合成微生物による局所的な酸素生成です。岩石中の化石やテクスチャーは、これらの微生物塊の間や内部に多様な底生動物が生息していたことを示し、少なくとも短期的に好適な条件が存在したことを示唆します。ただし、現代の微生物マットは通常ごく薄い周辺水層しか酸素化しないため、著者らは風と波に助けられた大気–海面のガス交換が微生物活動と並んで主要な役割を果たした可能性が高いと論じています。

ストレス下の生命にとっての意味

総合すると、証拠は地球史上最大の海洋絶滅の最中でも、いくつかの浅い熱帯大陸棚が概して酸素化された状態を保ち、しかし深海の酸素欠乏の侵入により繰り返し脅かされていたことを示します。生産性の低下が酸素需要を抑え、大気との混合や局所的な光合成が表層水の酸素供給を維持しました。これらのゾーンは、急速に移動する境界や化学的ストレスが生物多様性に大打撃を与える中でも、酸素依存の生物にとって稀な避難所を提供したはずです。本研究は、過去の大量絶滅が一様な死の海を生み出したわけではなく、敵対的な深層ともろい避難所のまだら模様を作り出したことを強調しており、これが現代における厳しい環境変化へ生命がどう応答するかを理解するうえで重要であることを示しています。

引用: Bagherpour, B., Ardakani, O.H., Herwartz, D. et al. Habitability at the edge of the redox boundary during the Permian–Triassic mass extinction. Sci Rep 16, 12469 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47893-w

キーワード: ペルム紀–三畳紀絶滅, 海洋の酸素, テティス海, 浅海の避難所, 大量絶滅