酸素はかつて地球を一変させた「毒」だった！？【太古の微生物が出した”いらないもの”】

2026年7月11日

酸素と聞くと、多くの人は「生きるために必要なもの」と思い浮かべるのではないでしょうか。

たしかにそのイメージは間違っていませんが、酸素という物質には、私たちが普段あまり意識しない意外な一面があります。

第63回雑学調査レポートでは、そんな「酸素」に関する雑学をご紹介していきます。

今では命に欠かせない酸素

私たちは、酸素を「生きるために必要なもの」として考えます。実際、現在の地球の大気には酸素が約21％含まれており、人間を含む多くの動物は、その酸素を使って体内でエネルギーを取り出しています。現在の大気は窒素が約78％、酸素が約21％を占める構成になっています。

しかし、地球の歴史全体で見ると、酸素が豊富にある状態は最初から当たり前だったわけではありません。『NASA Astrobiology Institute』の記事によると、地球の46億年の歴史の大部分で、酸素分子、つまりO₂は大気や海にあまり多く存在していませんでした。現在のように酸素が大気中に蓄積し始めた大きな転換点は、約25億〜23億年前に起きた「大酸化イベント」とされています。

酸素は最初、「生き物の排出物」だった

酸素を大量に作り出した主役は、シアノバクテリアと呼ばれる微生物の仲間です。シアノバクテリアは光合成によって太陽の光を利用し、その過程で酸素を出しました。現在の植物も光合成で酸素を出しますが、そのはるか昔に、まず微生物がこの仕組みを広げていったのです。

ここで面白いのは、酸素が最初から「生命に役立つありがたい物質」として作られたわけではないことです。カリフォルニア大学バークレー校の進化教育サイトは、酸素を生み出すシアノバクテリアの祖先が成功し、その「廃棄物」である酸素が、やがて現在のような呼吸可能な大気を作ったと説明しています。つまり、私たちが今吸っている酸素は、太古の微生物が出し続けた“いらないもの”が地球規模でたまった結果でもあるのです。

この視点で見ると、酸素は地球史上でもかなり不思議な物質です。ある生物にとっては単なる排出物だったものが、別の時代の生物にとっては命の土台になりました。酸素は、最初から「良いもの」だったのではなく、地球環境と生命の関係が変わる中で、意味が大きく変化した物質なのです。

酸素は多くの古い生物にとって危険だった

現在の私たちには意外ですが、酸素は化学的にはかなり反応しやすい物質です。酸素があると、鉄はさび、食べ物は酸化し、火は燃えやすくなります。生き物の体内でも、酸素は扱い方を間違えると細胞を傷つける原因になります。

医学系の資料でも、高すぎる濃度、または高い圧力で酸素が体に入ると「酸素中毒」を起こし、活性酸素種によって脂質、タンパク質、DNAなどが傷つくことが説明されています。

太古の地球には、酸素を必要としない嫌気性の微生物が多くいました。『NCBI Bookshelf』の微生物学資料では、嫌気性菌の中には酸素があると成長できず、酸素が毒性を示すものがあると説明されています。また、酸素のある環境で生きる生物は、酸素による害を防ぐための防御システムを持っていますが、絶対嫌気性生物はそのような防御を持たないため、空気中では生きられない場合があります。

そのため、約25億〜23億年前に酸素が大気中に増え始めたことは、当時の多くの生物にとっては恵みではなく、深刻な環境変化だったと考えられます。人間の感覚では「酸素が増える＝良いこと」と思いがちですが、酸素に適応していない生物から見れば、それは世界全体に広がる有害物質のような存在だったのです。

海の鉄が酸素を吸収して「地球をさびさせた」

酸素が作られ始めても、すぐに大気中にたまったわけではありません。初期の海には、酸素と反応しやすい鉄などの物質が多くありました。『NASA Astrobiology』の記事によると、初期地球で酸素がどのように消費されたかを知る手がかりの一つが「縞状鉄鉱層」です。これは、海中の鉄が酸化され、層状の岩石として残ったものです。

簡単に言えば、太古の海では、シアノバクテリアなどが作った酸素が、まず海の中の鉄と反応していきました。鉄が酸素と結びつくと酸化鉄になります。私たちの身近な言葉で言えば「さび」です。つまり、太古の地球では、酸素が大気にたまる前に、海や岩石を大規模に“さびさせていた”と見ることができます。

この反応は、酸素が地球の表面環境をゆっくり作り変えていったことを示しています。酸素は単に空気の成分として増えたのではなく、海の化学、岩石の成分、気候、生物の進化にまで関わる巨大な変化を起こしました。

酸素が増えるまでには「吸収先」が多すぎた

酸素が大気に蓄積するには、作られる酸素の量が、消費される酸素の量を上回る必要があります。初期地球では、酸素は海中の鉄、火山ガス、岩石、有機物など、さまざまな物質と反応して消費されていました。そのため、シアノバクテリアが酸素を作っていても、しばらくは大気中の酸素濃度が大きく上がらなかったと考えられます。

『NASA Astrobiology Institute』は、大酸化イベントの前にも浅い海の一部では少量の酸素が存在した証拠が見つかっていると説明しています。つまり、酸素はある日突然ゼロから現れたのではなく、まず局所的な場所に現れ、地球全体の酸素を消費する仕組みが限界に近づいた後で、大気中に蓄積し始めたと考えられます。

この流れは、浴槽に水をためる様子に似ています。蛇口から水が出ていても、排水口が大きく開いていれば水はたまりません。酸素も同じで、シアノバクテリアが作っていても、鉄や岩石などにどんどん吸収されている間は、大気にはあまり残りませんでした。やがて酸素を吸収する相手が減っていくと、酸素は大気中に増え始めました。

酸素は地球の気候にも影響した

酸素の増加は、生物だけでなく気候にも影響した可能性があります。『Smithsonian Magazine』の記事では、約24億5000万年前の大酸化イベントで、海のシアノバクテリアが酸素を放出し、その酸素が大気中のメタンと反応して二酸化炭素を作ったと説明されています。メタンは二酸化炭素よりも強い温室効果を持つため、メタンが減ると地球は冷えやすくなります。その結果、地球規模の氷河期、いわゆる「スノーボールアース」につながった可能性があるとされています。

ここでも、酸素は単なる呼吸のための気体ではありません。酸素が増えることで、温室効果ガスの量が変わり、地球の温度にも影響が出ました。つまり酸素は、生命が作り出した物質でありながら、生命の住む環境そのものを変えてしまったのです。

酸素に適応した生物が大きな利点を得た

酸素は危険な物質ですが、うまく利用できる生物にとっては非常に強力な道具になります。酸素を使う呼吸は、酸素を使わない発酵などに比べて、食べ物からより多くのエネルギーを取り出せます。『NCBI Bookshelf』の微生物学資料では、グルコースを酸素の存在下で完全に分解すると、酸素を使わない発酵よりも多くの利用可能なエネルギーを得られると説明されています。

この違いは、生物の進化に大きな意味を持ちます。酸素を安全に処理し、エネルギー生産に利用できるようになった生物は、より活発に動いたり、より大きな体を作ったり、複雑な細胞の仕組みを維持したりしやすくなりました。

カリフォルニア大学バークレー校の資料では、大気が酸素で満たされると、酸素を使って食物から利用可能なエネルギーを取り出す好気呼吸の進化の舞台が整ったと説明されています。また、私たちの細胞にあるミトコンドリアの祖先となった細菌の系統も、好気呼吸を行う能力を持つようになったとされています。

つまり、酸素は一部の生物にとっては毒でしたが、それを克服した生物にとっては、より大きなエネルギーを得るための鍵になりました。酸素に対する「防御」と「利用」の両方を身につけた生物が、のちの複雑な生命につながっていったのです。