地質時代と地球環境[geologic period and globalenvironment]

  植物は成長・繁殖する際に自身の光合成産物を使うのであるから,光合成生産は子孫の存亡を左右する.すなわち光合成は植物の進化にも大きく関与する.また光合成が地球環境の変化をもたらすこともあった.シアノバクテリアなどの原核光合成生物が誕生したのは今から約30億年前の海中で,約9億年前に真核光合成生物(植物)が誕生した.これらの生物の光合成によってつくられた酸素が大気中に蓄積していき,ついにはオゾン層が形成されるに至った.オゾン層には紫外線を吸収する効果がある.約4億年前には,オゾン層の発達によって地上の紫外線量が生物の致死量以下になり,陸上植物が誕生した.その後,中生代白亜紀の終わりまで地球は全体に温暖湿潤であったので,植物はよく茂り巨大化した.特に約3億年前には,巨大シダが密林をつくり,枯死体が分解されずに堆積して分厚い石炭層をつくったので,石炭紀と呼ばれる.
 植物の誕生以来中生代まで,C3光合成を行う3植物のみであった.これに対してC4ジカルボン酸回路を有するC4植物は,中生代から新生代第三紀にかけて進化したものと考えられている.この進化には,大気中の二酸化炭素濃度の変化が大きく関与しているとされている.現在の地球の大気中の二酸化炭素濃度は約370 ppm, 酸素濃度は約21%である.しかし地球誕生から光合成生物の誕生に至るまで約15億年間は,地球の大気中には酸素はほとんどなく,二酸化炭素濃度は約3%と,現在の100倍もあった.原生代以降,大気中の酸素濃度は上昇を続け,二酸化炭素濃度は,火山活動期以外はほぼ一貫して現在の濃度の3~4倍程度であった.ところが中生代白亜紀から新生代第三紀にかけて,二酸化炭素濃度は低下し,新世代第三紀の氷河期には, 180 ppmと現在の約半分程度になることもあった.低二酸化炭素濃度下では,C3植物は光呼吸によってATPやNADPHを消費し,しかも二酸化炭素を放出してしまうため,高い光合成生産を行うことができない.一方C4植物では,光呼吸がほとんど起こらないため,光合成は二酸化炭素濃度の影響を受けにくい.すなわちC4光合成系は,二酸化炭素濃度の低下に対応して進化してきたと考えられている.C4植物は葉内の細胞間隙の二酸化炭素濃度が低くても高い光合成生産をあげることができるので,一般に気孔開度を小さくして気孔コンダクタンス(気孔抵抗の逆数)を低く抑えている.このため蒸散による水の消費量が少なく,乾燥にも強い. CAMは,乾燥地帯のC3植物から,乾燥化に対応して進化してきたとする仮説がある.
 地球の平均温度と大気中二酸化炭素濃度の変化には,地質年代的にみてたくさんの変動があるが,これらは同調的に起こってきた.すなわち,温度の高い時期には二酸化炭素濃度も高く,逆に温度の低い時期には二酸化炭素濃度も低かった.最終氷期以降,2万年前から,地球は一貫して温暖化し,二酸化炭素濃度は増加してきた.増加がおさまったのが1万年くらい前で,過去の周期からすれば,現在は気温も二酸化炭素濃度も増加期ではなく,むしろ低下期にあるはずであった.ところが産業革命以降,人類による化石燃料消費量の激増に伴い,わずか160年ほどで二酸化炭素濃度は280 ppm から370 ppm に増加し,地球の平均温度も1℃近く上昇した.「気候変動に関する政府間パネル(IPCC)」の2000年度報告書では,21世紀中に二酸化炭素濃度が最大で700 ppm を越え,地球の平均温度がさらに最大で6℃近く上昇する可能性が高いとされている.このような急激な地球環境変化は,過去に起こった変化の100倍以上も早く,地球史上かつてないものである.

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Last-modified: 2015-03-26 (木) 11:20:47 (1668d)

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