생물 진화와 캄브리아기 대폭발
1. 생물 진화의 전야(캄브리아기)
종의 다양화 전 환경은 지구의 냉각과 동결은 생명에 위기를 끼치지만, 지나가면 점차 대기와 기온이 안정되어 생물이 번영하기 위한 환경이 갖추어져 왔다. 생물 진화의 준비 단계로서, 대륙의 합체·분열 속에서 생긴 웅덩이에 얕은 물이 만들어져 있었습니다. 우선 대륙의 합체에 의해 큰 대륙이 성장해 갑니다. 성장한 대륙에 웅덩이가 생기게 되고 지구의 냉각에 의해 빙하로 덮입니다. 그 후 얼음이 녹고 해수가 대륙 위에 진입하면 넓은 얕은 물이 탄생합니다. 얕은 물은 생물의 번식에 적합한 환경입니다. 얕은 물에서는 빛이 아래까지 닿고, 사멸한 생물은 가라앉아 유기물을 퇴적시켜, 대륙으로부터 하천에 의해 다량의 미네랄이 운반되어 오기 때문입니다. 또한 대륙의 형성에 의해 퇴적암 안에 유기물이 흡수되어 갔다. 지금까지는 박테리아에 의한 유기물 분해 시 산소가 소비되고 있었습니다만, 분해에 의한 산소 소비가 줄어들기 때문에 약 6억 년 전 무렵 산소가 급격히 증가합니다. 이로써 처음에는 작은 단세포로 탄생한 생명은 이용 가능한 에너지의 증대에 따라 세포를 대형화해 나갑니다. 다세포의 생물 은 약 10억 년 전 무렵 탄생했다고 합니다. 단세포 생물 중에도 서로가 붙어살아있는 것도 있었습니다. 이윽고 처음부터 다세포로서 복수의 세포로 하나의 생명을 구성하는 것이 탄생합니다. 보다 많은 에너지를 흡수하여 대형화시키기 위해서는, 하나의 세포로 모든 것을 섞는 것보다, 서로 정합하는 기능을 분화하는 것이 보다 효율적입니다. 처음에는 몸을 지지하는 세포와 영양의 흡수, 소화를 하는 세포를 2개로 분화했다고 생각됩니다. 거기서부터 근육과 신경 등 새로운 조직과 새로운 기능이 만들어져 갑니다. 기능을 특화 시킴으로써 신체의 구조는 복잡해지고 있습니다. 세포 기능을 분화시킨 생물은 단세포에서는 살 수 없게 됩니다. 약 6억 년 전의 캄브리아기에 해양 중에서 에디아카라 생물군이라고 불리는 생물군이 번영을 했습니다. 두께가 1mm인 편평한 형태를 하는 생물이 주이지만, 동물인지 식물인지조차도 모릅니다. 현재 현존하는 생물과의 관련성은 의문시되고 있습니다. 이 무렵의 생물은 외골격도 없는 부드러운 몸의 생물뿐이며, 화석도 남아 있지 않습니다. 어떤 생물이 있었는지, 어떤 생물로부터 다음 세대의 생물이 태어나 갔는지는 아직 수수께끼입니다. 생명이 진화를 해 나가는 방향을 모색하고 있던 단계였을지도 모릅니다. 현재 생물의 직접적인 조상으로 보이는 생물은 다음 캄브리아기에서 등장합니다.
2. 캄브리아기 대폭발(고생대 전반)
약 5억 5천 년 전, 그때까지 수십 수종밖에 없었던 생물이 갑자기 1만 종으로 폭발적으로 증가했습니다. 이 시대, 기묘하고 낯선 형태를 한 생물 버제스 셰일 동물군이 다수 나타났고, 지구상이 생명의 대 실험장이었습니다. 다양한 형태를 가진 생물이 나타나는 가운데부터 지금까지 계속되는 기본적인 생명의 형태가 완성됩니다만, 그 토대는, 캄브리아기가 시작되기 전의, 캄브리아기의 시대에 이미 완성되고 있었습니다 . 지난 캄브리아기에는 각각의 계통의 조상이 각각의 몸의 메커니즘을 가지기에 이르렀습니다만, 외관상은 거의 차이가 없고, 비슷한 모습을 하고 있었습니다. 여러 가지 몸의 구조를 가지고 있던 생물이 외견적으로도 다양해졌다는 것이 캄브리아 폭발로 일어난 시나리오인 것 같습니다. 외관적인 다양성을 가지게 된 계기는 아직 밝혀지지 않았습니다만, 생물에 있어서 가장 중요한 감각기인 눈을 가지는 생물이 탄생한 것에 의해서, 먹이사슬의 흐름이 가속되고, 이것이 생물을 다양한 모습을 갖게 했다는 생각입니다. 이 무렵 딱딱한 껍질을 가진 생물이 다수 탄생하고 있습니다. 그렇습니다 자기방어를 위한 것입니다. 이 시대부터 먹이사슬이 완성되어 온 것을 의미하고 있습니다. 다종다양한 생물이 등장해 생태계가 생기기 시작합니다. 종을 다양화할 수 있는 배경에는, 세포가 핵막을 얻은 것이 크게 공헌하고 있다고 합니다. 유전자 정보가 세포 안에 드물게 존재하고 있는 원핵생물에 비해 핵막을 가진 진핵생물에서는 보다 많은 유전 정보를 가질 수 있습니다. 원핵생물은 살기 위해 필요한 최소한의 유전자 밖에 가지고 있지 않지만, 진핵생물은 한때 사용했던 유전 정보나 지금은 사용하지 않지만 장래에 도움이 될지도 모르는 유전 정보 등을 재고해 두는 것이라 할 수 있습니다. 또한 9억 년 전부터 유성생식이라는 메커니즘이 나타난 것도 중요합니다. 유성 생식에 있어서는, 2개의 개체가 유전 정보를 반씩 나누는 것으로, 2개의 개체로부터 자신들과는 미묘하게 다른 개체가 만들어집니다. 무성 생식을 하는 생물에서는 세포가 이 분열하고 자신과 같은 개체가 늘어나는 것뿐입니다. 증식 속도는 훨씬 빠르지 만 동일한 유전 정보이기 때문에 분열을 반복해도 변화는 거의 볼 수 없습니다. 유성생식을 하는 생물에서는 유전적인 흔들림 속에서 조금씩 다른 형질의 자손이 태어나, 그중에서 환경에 더 적합한 형질의 자손이 늘어나갈 수 있습니다. 생물은 지금까지의 늘어나는 원리에 더해, 또 하나의 기둥인 '환경의 변화에 맞추어 자신의 형태를 바꾸어 간다'라는 원리를 확립했습니다. 게다가 원핵생물에서는 염색체를 1개밖에 가지고 있지 않기 때문에 유전자의 변이 형태의 변화입니다만, 진핵생물에서는 2개 가지고 있기 때문에 유전자 변이의 형질에의 영향을 줄일 수 있습니다. 발현하지 않는 부분을 가지고 둘 수 있는 것과 함께 유전자 속에 다양성을 가져 둘 수 있게 되었습니다. 이들은 생물이 다양한 진화의 가능성을 모색할 수 있게 되었습니다. 버제스 셰일 동물군은 이윽고 진화 도중에 모습을 감추지만 살아남은 것 중에서 새로운 생물이 진화합니다. 그중에서도 이 시기에 태어난 생물 중에 몸속에 척삭을 가지는 것이 있었습니다. 이 생물로부터 나중에 척추동물이 탄생합니다. 인간의 조상은 어떻게 보면 이때 탄생한 생물입니다. 고생대 전반 사이에 어류가 출현합니다.