ストロマトライトとは：形成メカニズムと地球最古のシアノバクテリア化石解説
ストロマトライトの形成メカニズムとシアノバクテリアによる地球最古の化石証拠を分かりやすく解説。起源〜大酸素化までの進化史を網羅。
ストロマトライトは微生物マットが長期にわたって堆積・石化してできる、特殊な岩石のような層状構造です。一般に浅い海や湖の沿岸域、潮けつ帯など光の届く浅水域で発達し、見た目はドーム状や板状の積み重なりとして観察されます。現生の例では、オーストラリアのハメルン池（Hamelin Pool）やシャークベイなどが知られています。
形成メカニズム（概要）
ストロマトライトは主に微生物、特にシアノバクテリアなどの細菌や単細胞の藻類が作る微生物マットが原型になります。微生物は表面に薄い粘液状の層を作り、そこに砂や細かい土砂を捕捉して保持します。具体的には、バクテリアが分泌する粘液が土砂の粒を集めて、同じくバクテリアからの化学的な変化により沈殿した炭酸カルシウムなどの鉱物と一体化していきます。
同時に、光合成を行う微生物が水中の二酸化炭素を取り込み、局所的にpHを上げるため、カルシウムイオンと反応して炭酸カルシウムが沈殿しやすくなります。藍藻は、水や二酸化炭素、太陽光を利用して食物を作り、副産物として酸素を排出しています。 捕捉→沈殿→固化というサイクルが何度も繰り返されることで薄い層（ラミナ）が積み重なり、長期間で高いストロマトライト構造が形成されます。
この過程は物理的な「トラッピング（捕捉）・バインディング（結合）」と化学的な「鉱物沈殿」の両方が関与します。成長速度は環境条件や堆積物供給、塩分、光量などで変わり、年に数ミリから数センチ程度と非常にゆっくりです。
化石としての重要性と古さ
ストロマトライトの本当の意味は、地球上で最も古い生命の化石の一部である点にあります。最も古いとされるストロマトライトの記録には、約37億1,000万年から36億9,500万年前のものがあり、グリーンランド南西部のイスア上地殻帯（Isua supracrustal belt; ISB）で露出しているメタ炭酸塩岩層から報告されています。これらは、以前に注目されていた西オーストラリアのピルバラ・クレータートン（ドレッサー層：約34億8,000万年前）よりもさらに古い記録です。
ただし、古い地質記録におけるストロマトライトの同定は容易ではありません。鉱物の非生物的な堆積プロセスでも似たような層状構造が生じ得るため、層理のパターン、微細構造、化学的な指紋（有機炭素の同位体比や有機分子の存在など）を総合して生物起源であることを判断します。
近年の発見と生命起源研究との関係
最近の地質学的・古生物学的研究で、さらに古いストロマトライト様構造や微生物堆積の証拠が報告され、これが生命の起源がハデーン期にあるとする遺伝子や分子時計の研究結果と整合する可能性が示唆されています。これにより、地球表層での生命の起源や初期進化の時期に関する議論が活発になっています。
とはいえ、超古代の記録は変成作用や侵食によって破壊・改変されやすく、解釈には慎重さが求められます。複数の独立した指標をもとにした総合的な証拠の蓄積が重要です。
酸素供給と地球環境への影響
シアノバクテリアの酸素を出す光合成能力は地球規模で極めて重要でした。初期のストロマトライト中のシアノバクテリアは、継続して光合成を行うことで、太古の地球の大気中の酸素量を徐々に増加させていったと考えられています。彼らは大気中へ遊離酸素を生産する最初期の主要な生物群の一つです。
この酸素蓄積の結果として、地球史上の大きな転換点である約24〜23億年前の大酸素化イベントと呼ばれる時期が到来し、海洋・大気の化学状態が大きく変化しました（研究によっては、光合成開始から大気が大きく変化するまでに数億〜十億年の時間差があったとする見解もあります）。当初は酸素に耐性のない多くの微生物にとって致命的な環境変化をもたらしましたが、同時に酸素を利用する新たな生態的ニッチが生まれ、複雑な生命へとつながる道筋を作りました。本文では、約10億年後、という表現が示すように、光合成の拡大が地球環境に与えた長期的影響は段階的であり、短期間で一変したわけではない点に注意が必要です。
現代のストロマトライトと保全
現生のストロマトライトは古生代より多くの場所で消失または弱体化していますが、潮間帯や塩性湖の特定の環境では今も形成されています。これらは生態系および地質学的研究において貴重なモデル系であり、人為的な開発や環境変化により脆弱です。保全やモニタリングが重要とされています。
まとめると、ストロマトライトは微生物活動と堆積・沈殿が作り出す層状構造であり、地球上の初期生命の重要な証拠であると同時に、地球環境を変えた生物地球化学プロセスを示す重要な記録です。今後も新たな発見や解析手法により、より詳しい起源や進化の解明が期待されます。
南米ボリビアの下部原生代ストロマトライト（岩石中の研磨縦断面
ストレルリー・プール・チャート（SPC）（ピルバラ・クレイトン）からのストロマトライト - 西オーストラリア州
西オーストラリア州シャークベイの近代ストロマトライト
関連ページ
質問と回答
Q:ストロマトライトとは何ですか?
A: ストロマトライトは、浅い水域にできる特殊な岩石状の構造物です。シアノバクテリアなどのバクテリア、その他の種類のバクテリア、単細胞の藻類によって形成されます。バクテリアの分泌する粘液に土砂の粒が集まり、バクテリアの炭酸カルシウムでくっつき、それが積み重なって、ある海岸の湾のような構造物になるのです。
Q: 藍藻はどうやって餌を作るの?
A: 水と二酸化炭素、そして太陽光を利用して餌を作ります。
Q: ストロマトライトの意義は何ですか?
A: ストロマトライトは、地球上で最も古い生命の痕跡を示す化石である。最古のストロマトライトは、37億1000万年前から36億9500万年前のものと推定されています。
Q: 最も古いストロマトライトはどこで発見されたのですか?
A:最古のストロマトライトは、グリーンランド南西部のイスア超地殻ベルト（ISB）のメタカーボネート岩の露頭から発見されました。
Q: 初期のシアノバクテリアによる光合成は、地球の大気にどのような影響を与えたのでしょうか?
A: ストロマトライトに含まれる初期のシアノバクテリアは、光合成を続けることで原始地球の大気中の酸素量を増加させたと考えられています。その結果、酸素の中で生きられないほとんどの生物が死滅し、ほとんどの生物が酸素を使い、酸素を必要とする現在の環境となった。
Q:この「大酸素化現象」はいつ起こったのですか?
A:初期のシアノバクテリアが酸素を使った光合成を始めてから約10億年という長い時間をかけて行われました。
百科事典を検索する