ガンフリントチャート
ガンフリントチャート
地層範囲：1.88 Ga [ 1 ]
シアノバクテリアに似た微生物の微化石、ガンフリント層、スペリオル湖北岸、19億年前
タイプ地質構造
岩石学
主要な縞状鉄鉱層
位置
地域ミネソタ州オンタリオ州
タイプセクション
名前の由来ガンフリントレンジ

ガンフリントチャート（1.88 Ga [ 1 ] ）は、ミネソタ州北部とオンタリオ州北西部のスペリオル湖の北岸に沿ったガンフリント山脈で露出している縞状鉄鉱層の岩石の層です。ガンフリントチャートは、古原生代からの微生物の証拠を含むため、古生物学的に重要です。[ 2 ]ガンフリントチャートは、生物起源のストロマトライトで構成されています。[ 3 ] 1950年代の発見当時は、科学文献で発見および説明された最古の生命形態であり、光合成の最古の証拠でもありました。[ 4 ]この層中の黒い層には、19〜23億年前の微化石が含まれています。ジャスパーに変換されたシアノバクテリアのストロマトライトコロニーは、オンタリオ州で発見されています。縞状鉄鉱層は、酸化鉄に富む層とシリカに富む層が交互に重なり合う層です。酸化鉄は典型的にはヘマタイトまたはマグネタイトとイルメナイトから成り、ケイ酸塩は主にチャートやジャスパーなどの隠微晶質石英と、少量のケイ酸塩鉱物から構成されています。

ガンフリント鉄鉱層（ガンフリント山脈として露出している）は、スペリオル湖沿岸のオンタリオ州北西部からミネソタ州北部にかけて広がっています。ガンフリント鉄鉱層の模式地は、スペリオル湖のサンダーベイに近いオンタリオ州シュライバーです。[ 5 ]

地質学者スタンリー・A・タイラーは1953年にこの地域を初めて調査し、赤いストロマトライトの存在に気づきました。彼は漆黒のチャート層も採取し、岩石学的に観察したところ、10マイクロメートル未満の生命体のような小さな球体、棒状体、糸状体が存在することが明らかになりました。ハーバード大学の古植物学者エルソ・バーグホーンもその後、同じサンプルを研究し、「それらはまさに構造的に保存された単細胞生物であった」と結論付けました。[ 6 ] 1965年、2人の科学者はこの画期的な発見を発表し、ガンフリント植物相の最初の種に命名しました。[ 2 ]これをきっかけに、同様の原生代環境における先カンブリア時代の微化石の探査が学術的に「殺到」しました。それ以降、さらに古い微化石も記述されていますが、ガンフリントの微動物相は歴史的な地質学的発見であり、先カンブリア時代の 最も堅牢で多様な微動物相の化石群集の 1 つです。

地層学

ガンフリント鉄鉱層は縞状鉄鉱層で、主に緻密なチャート層と粘板岩層から成り、その間に炭酸アンケライト層が重なっています。チャート層は黒色層（有機物と黄鉄鉱を含む）、赤色層（赤鉄鉱を含む）、緑色層（菱鉄鉱を含む）に細分されます。[ 5 ]ガンフリント鉄鉱層はアニミケ層群に属し、下部チャート層、下部スレート層、上部チャート層、上部スレート層の4つの地層セクションに分けられます。 [ 7 ]ストロマトライトチャート層には、シアノバクテリア、藻類の糸状体、胞子状球状体、有機物を多く含むウーイドからなる微化石が見られます。

歴史

地質学者スタンレー・A・タイラーは1953年に初めてガンフリント山脈を調査し、赤色鉄縞状岩層と黒色チャートを観察し、ストロマトライトが存在する可能性に注目したが、彼がその観察結果を公表したのはさらに10年後のことである。その後、A・M・グッドウィンは1956年にガンフリント鉄鉱層の地質相を調査し、この地域に関する最初の科学出版物の一つとなったが[ 5 ]、彼の報告書には微生物に関する記述が全くない。ガンフリントチャートの地生物学的重要性を指摘した最初の出版物は1965年、ガンフリントの微小動物相に焦点を当てた2本の科学論文が、一流誌「サイエンス」に掲載されたときであった。これらの論文とは、スタンレー・タイラーとエルソ・バーグホーンによる「ガンフリント・チャート産微生物」 [ 2 ]と、プレストン・クラウド（カリフォルニア大学サンタバーバラ校）による「ガンフリント（先カンブリア時代）微生物叢の重要性」[ 4 ]である。ほぼ同時期に発表された両論文は、先カンブリア時代に生命が存在したという考えを導入した画期的な出版物となった。各論文の焦点は大きく異なっており、バーグホーンとタイラーはガンフリント・チャートを構成する個々の微生物を分類学的および形態学的観点から特徴づけることを目指したのに対し、クラウドは先カンブリア時代に生命が存在した可能性のより大きな重要性と、それが先カンブリア時代古生物学分野に及ぼす影響に焦点を当てた。これら 2 つの重要な論文の発表により、同様の原生代環境からの 先カンブリア時代の微化石を調査するための幅広い古生物学および地球化学の研究が始まりました。

年

ガンフリントチャートの微小動物相は、古原生代中期から後期にかけての年代（ウラン-鉛年代測定法による測定で約18億7800万年前±130万年前）である。[ 1 ]この年代は、年代測定法の精度向上に伴い変動してきた。初期の全岩ルビジウム-ストロンチウム年代測定とカリウム-アルゴン年代測定では、ガンフリント鉄層の年代は156億年前から1億6300万年前とされた。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]その後、全岩ネオジム・サマリウム年代測定により、その年代は208〜211億年前とされた。[ 12 ] [ 13 ]最後に、ガンフリント鉄鉱層内の互層灰層の年代測定では、186〜199億年前という年代が得られ、[ 14 ]これは、現在コンセンサスとされている1878億年前±130万年前と最も近似している。ガンフリントチャートが発見された当時、最も古い生命の証拠として知られていたのはエディアカラ動物相（6億3500万〜5億4100万年前）であり、[ 15 ]これはガンフリント微生物の半分以下の年代の後期先カンブリア時代の集合体であった。

微小動物の多様性

ガンフリントで最も豊富な生物はストロマトライト組織中に見られる糸状生物で、通常、直径0.5～6.0μm、長さは最大数百μmである。 [ 3 ]ガンフリントの微小動物相は、糸状生物と球状生物の2つの大まかなカテゴリーに分けられる。1965年の画期的なBarghoornとTylerの論文では、ガンフリントのチャートから3つの新しい属と4つの新しい種の糸状シアノバクテリアが発見された。 [ 2 ]それ以来、様々な新しい属と種が特定されており、ガンフリントの微生物群集の定義における初期の貢献を認め、Barghoorn、Tyler、Cloudにちなんで名付けられたものもある。[ 3 ] [ 7 ] [ 16 ] [ 17 ]  

糸状微生物

ガンフリントチャート中の糸状微生物は、光合成性シアノバクテリアと鉄酸化細菌の混合集団である。露頭スケールでは、糸状ガンフリントシアノバクテリアは数メートル規模のストロマトライトドームを形成し、ガンフリント鉄鉱層の地層断面に沿って識別できる。ガンフリントチャート内で新たに同定された糸状微生物の属および種の例としては、ガンフリント属、Animikiea septate、Entosphaeroides amplus、Archaeorestis schreiberensisなどが挙げられる。[ 2 ]

球状微生物

ガンフリントチャート内の球状胞子状体は、ガンフリント鉄層全体に不規則に分布しており、直径1～16μmの範囲です。球状体は球形から楕円形まで様々な形態をしています。通常、壁の厚さや形態が異なる膜に包まれています。球状体は、単細胞のシアノバクテリア、細菌起源の内因性胞子、自由遊泳性の渦鞭毛藻類、真菌の胞子など、様々なものであると仮説が立てられています。[ 2 ]ガンフリントチャート内で新たに特定された球状体の属および種の例としては、 Huroniospora属、Eoasatrion属、 Eosphaera tyleri種などがあります。[ 3 ] [ 17 ]

微小動物の保護

ガンフリントチャートの微小動物相が例外的に良好な状態で保存されているメカニズムとして、様々な主要な化石化モデルが提唱されている。これらの化石化モデルの例としては、有機残渣の保存、細粒黄鉄鉱化作用、粗粒黄鉄鉱化作用、炭酸塩の共存、および赤鉄鉱の保存などがある。[ 2 ]有機残渣の保存では、薄茶色から暗褐色の有機物の膜が微生物の輪郭を描き、染色剤として機能し、チャート内の糸状体、胞子状体、および炭酸塩菱形を保存する。細粒黄鉄鉱化作用はガンフリントチャートで最も一般的なタイプの保存であり、細粒（マイクロメートルスケール）の黄鉄鉱と有機物の共存により、糸状および球状の微生物の形態が保存されている。 [ 18 ]粗粒黄鉄鉱化作用は、チャート中の有機物がミリメートル規模の黄鉄鉱鉱物に置き換わったときに起こり、微生物の形態が保存される。炭酸塩岩との共存では、チャート基質に埋め込まれた炭酸塩鉱化作用（直径<1μm）によって、糸状体、胞子状体、その他の有機構造が保存される。[ 18 ]炭酸塩鉱物は、連続体として、または糸状のシアノバクテリアの残骸の輪郭を描く一連のレンズとして形成されることがある。炭酸塩鉱化作用は、黄鉄鉱の結晶の後を追って見られることが多い。赤鉄鉱の保存はあまり一般的ではないタフォノミクス形式であるが、黒色ストロマトライトチャートと赤色ジャスパーとの境界で時折発見される。この保存方法では、直径<1μmの赤鉄鉱フィラメントが糸状の化石を包み込み（場合によっては置き換え）、炭素質膜と黄鉄鉱粒によって輪郭が描かれることが多い。[ 16 ]ガンフリントチャートは、上述の化石化様式を考慮すると微生物が驚くほどよく保存されているため、先カンブリア時代最初のラーガーシュテッテ、つまり例外的に保存状態の良い化石群集と呼ばれることもあります。[ 19 ]

意義と古環境への影響

1950年代から1960年代にかけて、先カンブリア時代の大気の状態は十分に解明されていませんでした。ガンフリント微生物叢の発見により、18億年前には光合成（あるいは古代の独立栄養生物の前駆状態）が起こっており、大気は微生物の生命を維持するのに十分な酸素を含んでいたことが明らかになりました。[ 4 ]ガンフリント縞状鉄鉱層の鉱物学的研究は、ガンフリント層全体にわたるこれらの酸化還元条件間の複雑な関係を明らかにしています。[ 4 ]ガンフリント層中の複数の鉄種は、高度に酸化的な大気と、局所的な還元条件の存在を示唆しています。これらの条件により、大量の鉄が可溶性の第一鉄の状態で輸送されました。[ 4 ]

ガンフリントの微小動物相はもはや地球上で発見された最古の生命体ではありませんが、発見当時、光合成の開始と生命の起源の境界と推定される年代を10億年以上も遡らせました。この発見は、何世代にもわたる古生物学者や地球微生物学者に、古代の大気中の酸素の状態と酸化還元状態について考察するきっかけを与え、より古い微生物の探索を継続させました。

参照

参考文献

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