科学物語り｜宇宙創成からAIまで

過去数百万年の間に東アフリカでは、地中から上昇するマントル・プルームによるプレートの引き伸ばしによる地殻変動が「大地溝帯」を裂き、高い崖と暑い谷底を含む特有の地形を創出するとともに、地球の軌道と地軸の傾きの周期性が地溝帯の谷底に存在する盆地を定期的に湖へと変貌させてきた。これらの湖はわずかな気候変動にすぐに反応し、この地域の生物全体に強い進化圧力をもたらすようになった。「ホミニン」の故郷となるこの特異な環境が、適応力のある、多彩な進化を促進したのである。「ホモ・サピエンス」の特徴である知能、言語、道具の使用、社会的学習、そして協力行動は、農業の発展、都市生活、そして文明の形成を可能にした。

「パウリの排他原理」は原子内での電子配置を決定する普遍的な原理であり、この原理により「周期表」が決定される。そして、この表を網羅して生命の形成に適した元素を探すと、最も多様な分子を形成する元素として、その結合の可能性の広さから「炭素」が群を抜いている。炭素と水以外の元素が宇宙にどれだけの量が存在していたとしても、それらは生命の形成を促進する多様性の点で不足しているのである。さらに、宇宙には炭素化合物と水が豊富に存在するという事実から、地球以外の場所に生命が存在するとすれば、それは炭素と水に基づく可能性が高い。

「生命の液体」として「水」という溶媒は非常に広範な用途を持つ物質である。生命という劇場で主役と端役の両方を演じる驚くべき能力を持つとともに、もう一つ重要な点は、水が液体として存在する温度範囲で、化学反応の速度が生物が損傷の原因（放射線、微細なスケールでの条件の変化、惑星規模での変動など）に対処しなければならない頻度と良好に一致している。しかも、水が宇宙に大量に存在しているため、その物理的特性は生物に適しているだけでなく、より広い宇宙の物理法則を考えると、新たな進化の実験が始まる際の惑星で利用できる一般的な溶媒になる可能性が示唆される。

「進化」とは環境が有機体の構成要素を選択するフィルターの役割を果たす作用であり、その有機体では複雑に作用し合う「物理法則」が繁殖の成功を可能にするように最適化される。「細胞」と「進化」は深い結びつきを持っているが、そこには「イオン相互作用」という分子間に働く物理的原理と、「エネルギーを最小限」に抑える傾向があり、それが長い分子の連鎖を「細胞の袋」へと導くのである。他の惑星でも生命は分子を包み込んだ脂質から始まり、巨大な生物へと進化するという同じ旅に出ると推測される。生命の形態がどの段階まで進んでも、その過程全体を制御するのは、細胞内で作用する物理的原理である。

600～500万年前に始まった「ヒト科」の生物は九種が確認されているが、初期で最も重要なのは、道具を使用する能力からその名がつけられた「ホモ・ハビリス」である。ホモ属としては最古の種で約250万年前に出現したが、約150万年前にはそれから「ホモ・エレクトス」が生まれ、最終的に我々「ホモ・サピエンス」が派生し、さらにいくつもの変種へと細分化した。我々の種「現生人類」の中で最古の仲間は、19万5000年前に現在のエチオピアにあたる地域で生活していた。しかし間もなく、この集団はアフリカ大陸の遥か南へと旅立ち、それから北へと進み、アフリカからユーラシア大陸に渡り、次第に世界中に広がった。

鳥類の始まりは約1億5000万年前に出現した「始祖鳥」である。鳥類の起源については主に二つの見解、すなわち、恐竜以外の双弓類から進化したという考え方と直接恐竜から進化したとする見解があったものの、現在では「恐竜起源説」が確定的となっている。「現生鳥類」は歯をもたないが、白亜紀の祖先である歯をもつ鳥類から進化したものである。なお、歯を持つ種は白亜紀末まで生息していたが、大型小惑星の衝突により最終的に絶滅した。また、新生代中期に鳥類が再び肉食恐竜に進化しようとした事実もあるが、この中で最も有名なのが「恐鳥類」である。

哺乳類については、その多様化、最も目立つ変化である大型化は恐竜が絶滅した直後に起きた。その後の27万年間で、哺乳類は多様化するとともに体も大きくなっていったのである。ただし、本当の意味で大型と呼べる哺乳動物が出現したのは、約5500万年前になってからであった。当時、地球の温度が急速に上昇し、世界中に森林が広がり、南北両方の極地付近にも樹木が生い茂った。これは、哺乳類の多様性の大幅な拡大を後押しした可能性がある。

中生代の海洋は温暖化の影響で時間とともに変化していったが、当時を象徴する「アンモナイト類」と「イノセラムス類」は、状況が許せば今でも生存していた可能性がある。しかし、約6500万年前、チクシュルーブ小惑星が地球に衝突し、恐竜をはじめ当時存在した種の半分以上が急激に絶滅した。なお、この絶滅は小惑星の衝突という単発のイベントだけが誘因ではなく、衝突の前にデカン高原での噴火で大気中に多量のメタン、二酸化炭素、二酸化硫黄などの温室効果ガスが放出されたため地球の気候と環境が激変し、大量絶滅が誘発された。デカントラップが世界を弱らせ、隕石がとどめを刺したのである。

恐竜が三畳紀の低酸素状況から脱出できたのは、二足歩行の姿勢をとることで「キャリアの制約」を克服するとともに、「精巧で効率の良い肺」を進化させたからである。「直立した姿勢」と「進化しつつある気嚢システム」を通じて、同時代の他の動物よりも「呼吸効率」が高かったと考えられている。鳥類は恐竜の一グループであり、ジュラ紀に登場した。そして最終的には、「現存の爬虫類とはまったく異なる肺システム」と「内温性」の両方を獲得したことがわかっている。また、ジュラ紀後期から白亜紀にかけての高酸素で高温の環境に対応して、恐竜は硬い卵を進化させ、複雑な構造の巣の中に卵を埋めるようになった。

第四部　生命の進化第８章　大絶滅と三畳紀爆発【2億5200万 ～ 2億年前】１．大絶滅 ― 酸素欠乏と硫化水素【2億5200万 ～ 2億5000万年前】南アフリカ中部に位置するカルー砂漠には、約2億7000万年前から約1億7500万年前にか...