第６章について下記の設問に対する回答をミニットペーパーに書いて提出 1. 地球史におけるトレンドを３つ記せ。　１行 2. 最近の６億年間について、海洋地殻生産率と海水準が 　　一致するのはなぜか？ 両者とも中央海嶺の体積により求められるから or 海洋地殻生産量の増えると中央海嶺の体積が増え、海水面を押し上げるから。 3. 最近の６億年間について、気候変動を駆動しているのはなにか？　１行 火山活動による二酸化炭素放出量　（海嶺の体積） 4. 最大の大量絶滅はいつ起きたのか？　１語 ペルム紀末　or ペルム紀/三畳紀境界 5. 動物の大進化が起きたのはいつか？　１語 エディアカラ紀ーカンブリア紀初期

生命環境史７大事変

Bioevent 1: Early Evolusion 初期進化

３８億年前の地球ってどんなとこ？ introduction 冥王代 ３８億年前は この中間！ 太古代 まずざっと３８億年前の地球を紹介します。年代としては 太古代

生命の起源を探る。・・・どうやって？ 炭素の同位体比から判別する。 グラファイトの構造から判別する。 生命の起源を探る。・・・どうやって？ 　　　　　　 　　　　　 炭素の同位体比から判別する。 グラファイトの構造から判別する。 ではまずどうやって生命の根拠をみつけるか。生命とくくるうえで大事なことは、その個体が有機物からなるか、ということです。 そこで本論文では有機物の存在を裏付けるうえで２つの方法にて取り組んでいます。 まずはグラファイト中の炭素同位体比から、次にその構造から、それぞれでそのグラファイトが生物つまり有機物由来か非生物つまり大気由来かを判別しています。

生物由来の炭素？非生物由来の炭素？ ～炭素同位体による判別～ introduction 生物由来の炭素？非生物由来の炭素？ 　～炭素同位体による判別～ まず炭素同位体による判別を説明させていただきます。 地球上に存在する炭素のほとんどは12Cですが（98.9％）、わずかに13C（1.1％）が含まれております。この13Cの量は、生物由来と非生物由来では異なり、生物由来の13Cは非生物由来よりも、かなり少ない量しか存在していないことが、先行研究でわかっています。したがって、今回調べるグラファイトについてそれに含まれる１３Cの割合がひくいものであればそれは生物由来のグラファイトであるとみなせるわけです。 では具体的に生物由来か非生物由来かどこで線引きするかというと、これも先行研究でわかっており、炭素安定同位体δ¹³Cという値でおおよそ決めることができます。 Δ¹³Cはこのような式で求めることができ、一般にδ¹³Cがー１６‰より大きいとそのグラファイトは非生物由来。逆にー１６‰より小さいと生物由来とされています。 ちなみに試料中の¹³C/¹²Cの値は、グラファイトを数ｍｇ秤量し、電気オーブンで燃焼しガス化したものを質量分析計で計測することでわかります。 δ¹³C ＞－１６‰　→ 非生物由来 δ¹³C ＜－１６‰　→ 生物由来

生物由来の炭素？非生物由来の炭素？ ～構造による判別～ 生物由来の炭素？非生物由来の炭素？ 　　～構造による判別～ では次にグラファイトの構造から起源を判別する方法を説明します。この図を見てほしいわけですが、左が非生物由来、右が生物由来のグラファイト層ができるまでの経緯を示しています。 非生物由来のグラファイト層について説明すると、まず非生物つまり無機的なグラファイトが堆積する背景にCO₂やCH₄に富んだ温泉水が背景にあります。この2種類の温泉が混合することで，グラファイトが無機的 に沈殿するそうです。温泉水の通り道は流体内すなわち“オープンスペース”で，道の側面から内側にかけてグラファイトが成長していきます。成長面では，新たな炭素が順次加わることでグラフェン、グラファイトの一つの層が不規則に並びますが、成長していくにつれ、グラフェンの配列は規則的になり， それがグラファイトの結晶となります。そして温泉からグラファイトが沈殿する条件が一様なので，個々のグラファイト結晶の外形も一様になるのです。 一方で生物由来のグラファイトではこうはいきません。 生物の体を作る有機分子は炭素以外にも水素，窒素などの様々な元素を含んでいます。 海水中で生きていた生物が死滅し，海底の泥に埋没した後，数万～数百万年という時間経過の中で，泥の温度，圧力が上昇すると，生物の死骸の分解が進みアンモニアや炭化水素が選択的に抜けていきます。 この過程で生物の死骸のグラファイト化が進行するのですが、もともと不純物がある有機分子のグラファイト化が起こると結晶形態に多様性が生じ、さらに，グラファイト化する過程 で，様々な不純物が残され，グラフェンの並び にも乱れを生じさせるので、結果として多様なグラファイトの結晶ができるのです。

・規格的なグラファイト構造 → 非生物由来 ・多様的なグラファイト構造 → 生物由来 生物由来の炭素？非生物由来の炭素 　　～構造による判別～ ・規格的なグラファイト構造　→　非生物由来 ・多様的なグラファイト構造　→　生物由来 というわけでまとめますと、こういうわけです。また使用した顕微鏡はいかの二つです。 使用した顕微鏡 →・走査型透過電子顕微鏡(STEM) 　・高解像度透過型電子顕微鏡(HRTEM)

グリーンランド、イスア Ohtomo (2014) 本調査地域の詳細です。本地域は図の赤矢印の部分で拡大した図がこの図となります。 この図をさらに拡大いたしますとこのようになり、この地域においてA－A‘(北部)、B-B’(中央部)、C-C’(南部)の３地点において柱状図ならびに試料を採取し

炭素同位体からみた生命根拠 生物由来の炭素が元 非生物由来の炭素が元 では測定結果を述べます。この表をみるとわかりますが全部で５８の試料からわかったことは北部グラファイトはおよそ生物由来のもの。中部・南部グラファイトは非生物由来のものだといえます。 それではこの結果をより裏付けるたうえで、グラファイトの構造からもこの３地点で違いが表れるのでしょうか。

グラファイトの構造からみた生命根拠 ～STEMによる画像～ では次にグラファイト構造から生物由来か非生物由来で違いを確認してみる。 この二つの写真は走査型電子透過顕微鏡で見たものである。 まず左の写真を見てもらいたいわけだがこれはA-A’の北部のグラファイトの試料であり、赤矢印にチューブ型、黄色矢印に多角形のグラファイトが確認できる。 一方右の写真はこちらはC-C’の南部のグラファイト資料である。これを見るにチューブ型も多角形のグラファイトも確認できない。

グラファイトの構造による判別 ～HRTEMによる画像～ さらに高解像度電子透過型顕微鏡でみたもので説明する。 このｃの写真であるが、北部にてとれた試料のものであり、この端部を拡大してみるとずの赤矢印のように玉ねぎに似た構造が確認できるまたd,eについてグラファイト内部に円模様の玉ねぎ型をしたグラフェンも確認できる。

グラファイトの構造による判別 ～HRTEMによる画像～ もう一つの高解像度電子透過型顕微鏡の写真であるがこちらは先ほど紹介した南部のグラファイトのもので拡大した写真がこれであります。 これを見るとわかりますが、こちらのものは非常に層状構造が発達していまして円模様が確認できたとしてもグラファイトの表面部のみとなります。

まとめ ・イスア地方の３８億年前のグラファイトから実際に有機物の存在が確認された。 ・３８億年前から生命の起源はある！

楕円構造 スケールバー （a）50 μm， （bc）10 μm レンズ状構造 スケールバー（ab）10μm

生命環境史７大事変の実態と原因の解明 2. 真核生物出現

Fig. 1 A. Geological map showing the main outcrop areas of the Transvaal Supergroup in southern Africa and the sampled drill-holes (UD49, EBA1 and Gossan-1). B. Map showing the distribution of the Huronian Supergroup and other Paleoproterozoic successions ...

Evidence of Snowball Earth Ice Pebbles Fine Sediment Tillite

Fig. 2 Age-calibrated correlation of Paleoproterozoic strata from North America and southern Africa. Dates from this study (bold) are for tuff beds; also shown are age constraints from previous studies (<ce:cross-ref refid="br0030" id="crf0970"> Bau et al.... Birger Rasmussen , Andrey Bekker , Ian R. Fletcher Correlation of Paleoproterozoic glaciations based on U–Pb zircon ages for tuff beds in the Transvaal and Huronian Supergroups Earth and Planetary Science Letters, Volume 382, 2013, 173 - 180 http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2013.08.037

2-2. Bioevent 2: Euaryotes appearance and Great Oxidation Event The First Eukaryotes Bekker and Holland, 2012

CO2 + H2O CH2O + O2 12C 13C 12C 増加 13C増加 堆積有機物 大気海洋 生物 99% 1% 光合成 有機物 分解 増加 13C増加 堆積有機物 The evolution of ecosystems just after MGG caused concentration of organic matter as pellets, leading to an increase in organic carbon burial, causing an increase in atmospheric and ocean oxygen levels, leading to the evolution of early animals.

生命環境史７大事変の実態と原因の解明 3. 動物大進化

Natureで紹介され話題を攫った安徽省の大型藻類化石 Shen et al.(2010) 炭素同位体比の地球史最大の負変位はLarge Acanthomorph acritarchs [大型のとげとげしたacritarchsと思えば正解？] を絶滅させた。 この図はZhu et al. (2007)より作成しており、南中国の炭素同位体を用いている。 質問の出たDOUNCE(DOUshantuo Negative Carbon isotope Excursion ; 560～551Ma)ではAcanthomorph acritarchsの大量絶滅が起きており、同様の負変位は中東オマーン、南アフリカ、北米、低ヒマラヤで観察されている。 下位のWANCE(Weng’an Negative Carbon isotope Excursion)の負変位では、グローバルにAcanthomorph acritarchs が爆発的な多様化を示しており、同時にガスキース氷期の末と対応できる。 棘を持つ 大型acritarchs

Tribrachidium Mawsonites 引用　Fedonkin, M.A., (2003) The origin of the Meazoa in the light of the Proterzoic foccil record

Dickinsonia Spriggina 引用　Fedonkin, M.A., (2003) The origin of the Meazoa in the light of the Proterzoic foccil record

多細胞生物の台頭と大進化

Neoproterozoic - early Cambrian interval witnessed the rise and evolution of early animals. ~1200 Ma First appearance of multicellular organisms 720 Ma Snow Ball Earth 636 Ma Snow Ball Earth 560 Ma Ediacara biota 541 Ma Extinction 530 Ma Cambrian explosion

Erwin et al., 2011 Science

Methods: biomarkers

Methods: pristane/phytane ratio Killops and Killops, 2005 Oxic Anoxic much smaller volume than phytoplankton Surface sediment Pristane in zooplankton and vitamin E and phytane from phytanyl ether lipids in archaebacteria may influence pristane/phytane ratio (Goossens et al., 1984). Phytane and biphytane are derived from ether lipids of archaea (Rosa and Gambacorta, 1988). This is not the case for the Ediacaran and Cambrian because of lack of land vegetation. soil erosion may cause higher pristine/phytane ratio because of intrusion from land plants. biphytane 　Biphytane did not detected from all samples studied. Pristane/phytane ratio can be used for estimation of redox condition of the sea water on sediment surface during the Precambrian and Cambrian.

1. 生物は進化系統から３つに分けられる。その３つはなにか？ 　　ただし、分岐年代が古い順に書くこと。 ストロマトライトを作った生物名を記せ。 炭素同位体比から大気酸素の増減を知ることができる。なぜか？ 　　（１行程度） 全球凍結が終わる仕組みを記せ。（１行程度） 動物の大進化が起きたのはいつか？ 6. 海に大型捕食者が出現した結果、海の炭素サイクルは どうなったか？　（１行程度）