今から3,770百万年以上前、地球はまったく異なる姿をしていました。植物も動物もなく、空は青くありませんでした。地表はむき出しの岩だらけの荒野のようだったでしょう。
しかし、最初の生命が現れたと考えられているのは、ちょうどこの頃です。海底の熱水噴出孔として知られる熱い裂け目の周辺、深海でのことでした。ここでは、熱い流体が海底の岩石の中を循環し、鉄などの元素を岩石から周囲の水へと運び出します。こうした環境にある化学物質とエネルギーは、生命の誕生に理想的な場所であるかのように見せています。
この説を検証するため、同僚たちと私はカナダ北東部にあるヌブアギトゥク帯と呼ばれる古代の岩石群を調べました。その年代は42億8,000万年から37億7,000万年前とされています。この帯には、現在の熱水噴出孔に似た環境で形成された鉄層が保存されています。そこから、これまでに知られていた最古の微化石よりも3億年古いと考えられる微化石を発見しました。比較対象は、約35億年前とされる西オーストラリアの岩石から見つかったものです。つまり、これらは知られている最古の化石であり、地球上の生命を示す最古の証拠である可能性があります。
化石を見つけるため、岩石を透けて見えるほど薄くスライスし、顕微鏡で調べました。その結果、直径5～10マイクロメートル（人間の髪の毛の幅の半分未満）、長さは最大0.5ミリメートルの、鉄でできた微細なフィラメントや管が見つかりました。観察された管やフィラメントには細部まで形状が残っており、より新しい岩石中の微生物化石や現代の微生物と驚くほどよく似ていました。
こうした古代のフィラメントの特徴、たとえば鉄の塊に付着している点は、現代の微生物にも見られます。現代の微生物は、こうした塊を使って岩石に付着します。これらの鉄酸化微生物は海底の噴出孔から出てくる鉄を取り込み、化学反応によって化学エネルギーを放出させます。そしてそのエネルギーを使い、周囲の水に含まれる二酸化炭素を有機物に変えて成長します。
それが化石だと、どうやって判断したのでしょうか？
化石の構造を発見したとき、それらは非常に興味深く、微化石である有力な候補だと分かりました。しかし、本当に化石であり、非生物的な現象によるものではないことを示す必要がありました。そこで、鉄に富むゲル内の化学的勾配や、変成作用による岩石の引き伸ばしなど、管やフィラメントが形成されたと考えられるあらゆる筋書きを検討しました。どの仕組みも、私たちが観察した事実とは一致しませんでした。
続いて、微生物が残した可能性のある化学的痕跡を岩石の中に探しました。微生物によって形成されたことを示唆する形で、グラファイトとして保存された有機物が見つかりました。また、一般に生成される重要な鉱物も見つかりました。たとえば、堆積物中の生物由来物質が分解される際にできる炭酸塩や、リンを含むアパタイトです。これらの鉱物は、堆積物中でよく形成され、分解中の生物の周囲にでき、微化石の構造を内部に保存することもある粒状構造の中にも見つかりました。こうした独立した観察結果はすべて、微細構造が生物に由来することを強く裏付けています。
これらの証拠を総合すると、37億7,000万～42億8,000万年前の岩石に生物が確かに存在したことが明らかに示され、知られている最古の微化石の年代は3億年さかのぼります。この時間の長さを実感するために、今日から3億年前に戻ったと想像してみてください。恐竜はまだ誕生すらしていません。
地球の歴史のごく初期に、熱水噴出孔の堆積物からこうした生命体が見つかった事実は、生命はこの種の環境で誕生したという、長く支持されてきた説を裏付けています。古代の微化石が見つかった環境と、より新しい化石化した細菌や現代の細菌との類似性から、鉄を利用する代謝は、生命が地球上で自らを維持するために用いた最初期の仕組みの一つだったと考えられます。
この発見からは、火星の表面に液体の水があった時代に、生命が地球に定着し、急速に進化したことも分かります。火星の表面と地球の環境が似ていたのなら、37億7,000万年以上前に火星でも生命が誕生していたはずだという、胸躍る可能性が浮かび上がります。あるいは、地球が特別な例外だっただけなのかもしれません。
