オーストラリアの熱帯都市ダーウィンにある野外倉庫には、何十枚ものトレイが並べられ、円筒形の岩石コアが収められている。これらは数十年前、鉱物探査会社が地表から数百メートル下を掘削して採取したものだ。当時の企業は主に鉱物を探していたのであって、存在の秘密を探していたわけではない。だから、15億年以上前にオーストラリア北部の大半を覆っていた内海の泥岩――海底の泥が固まってできた堆積岩――の中に、古代生物の微化石が埋まっていることに気づかなかったとしても、責められる筋合いはない。

『ネイチャー』誌に発表された新研究が示すように、こうした放置されていたコアは、地球史最大の進化的飛躍である真核生物の起源をめぐる長年の謎の核心にある。

地球上のすべての生命は、細胞レベルで根本的に異なる二つのカテゴリーのどちらかに属する。原核生物――細菌と古細菌――は単純な細胞構造を持ち、ほとんどが単細胞だ。動物、植物、藻類、菌類を含む真核生物は、核と、特定の役割を担うオルガネラと呼ばれる特殊な構造を備えた、はるかに複雑な細胞を持つ。真核生物の革命は地球を変え、動物の出現を導き、やがて我々をもたらした。現存生物の遺伝子からの観察に基づき、すべての真核生物の最後の共通祖先が、少なくとも二つの原核微生物――古細菌と細菌――の共生結合から生じたことは、今や広く合意されている。

真核生物の生命の最初の証拠は、原核生物には見られないが真核生物には一般的な細胞複雑性を示す単細胞生物の化石として現れる。真核生物の化石は、少なくとも15億年前に遡る岩石から世界中で見つかっている。ノーザンテリトリーの化石は、最も古いもので17億5000万年前に遡り、現在知られている限り世界最古の真核生物化石だ。

しかし、初期真核生物が進化した古代世界は依然として謎に包まれており、その本質の多くの基本的側面は不明のままだ。

多くの細菌は酸素なしで生き、成長できる。しかし今日生きているほぼすべての真核生物は生存に酸素を使う。なぜなら好気呼吸――酸素を使って食物を分解すること――が、複雑な生命が要求する大量のエネルギーを供給するからだ。それでも、酸素が常にすべての真核生物にとって有益だったという考えは、酸素なしで繁栄できる謎めいた真核生物の発見が相次いだ近年、攻撃にさらされている。さらに、真核生物が最初に進化した当時、酸素はおそらくはるかに乏しく、無酸素の海洋生息環境が常態だったことを示す地質記録の証拠も増えている。これらの観察は総じて、真核生物がその誕生以来酸素に依存してきたという前提に疑問を投げかけている。

最初の真核生物の祖先に最も近いと考えられるグループに属する現存微生物の遺伝子研究は、真核生物の祖先に関する重要な洞察を提供しうる。しかし、絶滅した系統について教えてくれるのは化石記録だけであり、これらの生物がどのような世界に住んでいたかの窓を提供できるのは地質学だけだ。

新研究のために、研究者たちはダーウィンに保管されていた泥岩コアのサンプルを粉砕し、溶解した。顕微鏡下で残った有機残留物を分析し、1万2000点以上の化石を同定した。また、化石が保存されていた泥岩を調べ、堆積物が堆積した当時の環境をよりよく理解し、これらの真核生物が生息していた場所について洞察を得た。そして泥岩の化学分析により、古代海水中に酸素が存在したかどうかを判断できた。

結果は、真核生物の化石が海岸の泥質干潟から外洋まで様々な環境で見つかったが、酸素のある環境で堆積したサンプルに限られていたことを示す。無酸素環境のサンプルには、単純な原核生物の形態しか含まれていなかった。これは、知られている中最古の真核生物でさえ、酸素を必要としていたことを示唆している。