古原生代前期の熱水噴出孔由来の火山ガラス中の生痕化石は、恐らくリンを求めて微生物が掘ったものだった

火山ガラスに隠された古代の手がかり

数十億年前、地球の海底は溶岩と温泉が入り混じる活発な景観でした。本研究は、その異質な環境においても微小な生物が新鮮な火山ガラスを縦横に掘り進め、必須栄養素を探していた可能性を示します。化学組成や鉱物の“落書き”を読み解くことで、初期の微生物が過酷な環境でどのように生き延びたかを説明し、他の惑星で生命の痕跡を探す新たな手がかりを提案します。

ガラスに刻まれた化石記録

研究対象はカナダ北部ベッチャー諸島のフラハーティ層の18.7億年前の岩石です。これらの岩石は溶岩が浅い海水に噴出してできた球状の“枕状”玄武岩や、ハイアロクラスタイトと呼ばれるガラス質破片として堆積しました。これらの火山堆積物と共に、古代の熱水噴出孔を示す痕跡―煙突状の構造、鉄分に富むさび色の団塊、炭酸塩豊富な結核など―が層状に見られ、かつて高温の鉱物を多く含んだ流体が海底を通り抜けていたことを示しています。こうした噴出孔系は、微生物がエネルギー源として利用できる強い化学勾配を提供するため、初期生命にとって主要な生息地と考えられています。

微視的に残された生命の軌跡

変質した火山ガラスの内部で、著者は球状および管状の微小な構造のネットワーク、いわゆる生痕化石（活動を記録する痕跡化石）を見出します。球は非常に均一な大きさで、典型的には直径約14マイクロメートルであり、有機物の糸でつながれたビーズ状の列を成します。詳細なイメージングとマイクロ分光解析により、これらの球は主にチタナイトという鉱物と炭素に富む有機物から成り、近接する領域にはアパタイト（リン酸塩鉱物）やレピドクロサイト（酸化鉄）のナノスケール粒子が含まれていることが明らかになりました。これらの鉱物の密接な同伴関係や球の形状・大きさの一貫性は、微生物がガラス内を掘り進み、その後鉱化したことに起因すると解釈されます。

熱い岩を掘って栄養を探す

リンや鉄を含む鉱物の分布は、微生物が火山ガラスに侵入した具体的な理由を示唆します。それは、DNAや細胞膜、エネルギー伝達分子に不可欠なリンを抽出するためです。多くのアパタイト粒子は球状生痕化石の近傍に集中しますが、球の内部にはなく、有機物や酸化鉄と共成長しています。このパターンは、初期の微生物が有機酸を使ってガラスを溶解し、微量のリンや鉄を遊離させたとする説明が最も適合します。放出されたリンの一部は成長に使われ、残りはアパタイトとして再沈殿し、鉄はレピドクロサイトとして結び付いたと考えられます。有機物に富むチタナイトの管状構造が平行に並ぶ群は、現代や古代の熱水域で見られる微生物管に似た第二の生痕様式を示し、生物起源をさらに支持します。

古代微生物の炭素と硫黄の指紋

形状や鉱物以外にも、岩石は強い化学的な生命の痕跡を保持しています。有機物と周囲の方解石の炭素同位体は異常に“軽い”値を示し、微生物が無機化合物をエネルギー源として利用し、その後にバイオマスが埋没過程で酸化された場合に予想される値と一致します。同時に、近傍の黒色頁岩に含まれる黄鉄鉱の硫黄同位体は、純粋な化学反応よりも微生物による硫酸塩還元と整合するパターンを示します。これらの同位体データは、化学岩石栄養（ケムリソトロフィー）に依存する微生物群がこの古代の海底環境で活動し、その遺骸が後に新たな鉱物に再循環したことを示しています。

現代に伝えるこれら古代の痕跡の意味

単独では、奇妙な鉱物形態、特異な炭素同位体、あるいは特定の鉄・リン鉱物のいずれか一つは、生命を介さずに説明できる場合があります。しかしフラハーティ層では、それらが同所的に、適切な場所で、互いに適切な関係を保って共存しています。本研究は、浅い熱水噴出孔近傍の熱い火山ガラスに小さな生物がかつて侵入し、恐らくリンや鉄を求めて岩石駆動の代謝を支えたと結論づけます。彼らの活動は海底に永続的な記録を刻み、現在では鉱物で満たされたトンネルや球として保存されています。このような微妙な痕跡を認識し相互に照合する方法を示したことは、火山ガラス中の類似した特徴を地球の古代生命の標識として、また他の岩石惑星で生命を探す際の指針として用いる可能性を強めます。

引用: Papineau, D. Ichnofossils in volcanic glass from palaeoproterozoic hydrothermal vents were burrowed by microorganisms probably seeking phosphate. Commun Earth Environ 7, 361 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03359-5

キーワード: 古代の熱水噴出孔, 微生物の生痕化石, 火山ガラスの変質, 初期地球の生命, リンを求める微生物