古代の菌類は複雑な生命の基礎を築いたかもしれない

菌類の化石は、その繊細な有機物と分解性のため、極めて稀少です。実際、非常に稀少であるため、新たな発見により、菌類の最も古い証拠が少なくとも 5 億年前まで遡り、その年代が 2 倍になりました。

これまで確認されている最も古い菌類の化石は、約4億5000万年前のもので、植物が海から陸へ移動したのとほぼ同じ時期だ。この時代の化石菌類の中で最も有名なものの1つがプロトタキシテスで、高さが最大8メートルにまで成長したため、長年にわたり樹木と誤認されてきた。

しかし、DNA ベースの方法を用いた菌類の「分子時計」のこれまでの調査では、菌類はそれよりずっと以前、7 億 6000 万年前から 10 億 6000 万年前に進化した可能性があることが示唆されている。カナダ北極圏の頁岩から抽出された、新たに発見された 10 億年前の菌類の化石化した胞子と菌糸 (細長い管) は、化石記録の空白を埋め、菌類が植物よりずっと前に陸上に生息していた可能性があることを示唆している。

菌類の化石は、かつては浅瀬の河口の一部だったと思われる岩石で発見されました。このような環境は、栄養分が豊富な水と、餌となる漂着した有機物の蓄積により、菌類にとって最適な環境です。また、これらの古代の沿岸生息地は塩分濃度が高く、ミネラル分が多く、酸素含有量が低いため、菌類の細胞壁内に埋め込まれた丈夫なキチン分子が完全に保存される絶好の条件が整っており、そうでなければ分解されていたでしょう。

新たに発見された古代の菌類が実際に河口内に生息していたのか、陸地から堆積物に流れ込んだのかは定かではないが、現代の陸生菌類に期待される多くの特徴を示している。発芽胞子は明確に定義されており、菌類が環境を探索するのに役立つ、菌糸と呼ばれる枝分かれした糸状の管も同様である。細胞壁さえも菌類特有のもので、2 つの透明な層で構成されている。実際、それらが非常に古いものであることを知らなければ、現代の菌類と区別するのは難しいだろう。

菌類の祖先

菌類は太古の起源を持つことから想像がつくと思いますが、過去数十億年にわたり、地球の陸上生物圏の形成に重要な役割を果たしてきました。5億年前に陸上に出現した最初の植物は、菌類と密接な関係を築きました。根を持たないこれらの初期の植物は、菌類のパートナーに頼って植物内部で成長し、原始的な鉱物土壌へと広がっていきました。生物学的風化と呼ばれるプロセスでは、菌類の菌糸が有機酸を分泌して岩石を溶かし、その中に含まれる栄養素を抽出します。その見返りとして、植物は光合成によって生成された栄養素を菌類に渡します。

初期の植物と菌類の間のこの資源の交換は、地球上の植物の成長、進化、多様化を促進し、さらに複雑な種、群集、生態系を生み出し、今日でも標準となっています。陸上植物の 90% 以上は、何らかの菌類のパートナーと共生しており、生き残るために菌類の助けに完全に依存している植物もあります。

陸上植物とその菌類の共生関係の発展も、大気に劇的な影響を及ぼしました。鉱物ベースのエネルギー構成要素が豊富に利用できるようになったことで、植物は、たとえば葉への二酸化炭素と水の移動をより適切に制御するなど、このエネルギーを捕らえるための光合成のより効率的なメカニズムを進化させました。数百万年の間に、この二酸化炭素の吸収の増加は酸素濃度の大幅な上昇をもたらし、以前の酸素レベルで支えられた小さな昆虫のような生命体よりもはるかに大きく複雑な動物の出現を支えました。

そこから、進化の物語は明らかです。しかし、菌類はおそらく植物より5億年前に陸上に到達したことを示す新しい化石証拠は、この共生の旅の始まりについて根本的な疑問を提起しています。

これまで、植物は水生菌類のパートナーと同時に陸上生活に移行したと考えられてきましたが、この新しい発見は、地球の陸地がすでに何億年も前から植物の繁栄のために準備されていた可能性を示しています。ミネラル豊富な岩石を溶かし、炭素ベースの有機酸を分泌する菌類は、不毛の地を今日知られている肥沃で炭素豊富な土壌に変える上で非常に重要な役割を果たしていたことがわかっています。植物の出現は、古代の菌類の祖先による何億年にも及ぶ基礎作業によってのみ可能になったのかもしれません。

科学者にとって現在大きな課題となっているのは、これらの古代菌類がもともと陸生だったかどうかを確実に解明し、生命の進化の樹上での位置を正確に特定することです。現在、さらなる化石菌類の発見に焦点が当てられているため、初期の生物圏の進化に関する理解は飛躍的に進むでしょう。

すでに明らかなのは、菌類がなければ私たちは存在しなかったということです。南極の砂漠から熱帯雨林まで、地球上の健全な生態系の維持に重要な役割を果たしている菌類は、今日の地球上のすべての生命を支えています。今、私たちは菌類に感謝する時間があと 5 億年あるようです。

ケイティ・フィールドはリーズ大学の植物土壌プロセス学准教授です。この記事はもともと The Conversation に掲載されました。