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27億年前の大異変の後、大陸ができる間に浅海の面積も増加した。海面付近まで進出してきた光合成バクテリアが本格的に繁栄できる環境条件が整備された。この頃の光合成バクテリアであるシアノバクテリアの繁栄の痕跡は、ストロマトライト化石として堆積岩に残されている。
シアノバクテリアは、普通の植物と同じように葉緑素をもつが、それらは葉緑体のなかに閉じ込められずに細胞中に拡散している。そして多くの種では、他の色素が葉緑素の緑色をかくしているため、青みがかったり、赤みがかったりして見える。浮遊する種もいくつかあり、ほとんどは群体や糸状体を形成する。シアノバクテリアは現在も世界中の様々な環境で生息している。
シアノバクテリアはべとべとしたグリコカリックスを排出して海中の砂粒などをくっつける。シアノバクテリアは積もった砂粒の表面で細胞分裂をし、数を増やす。そしてまた砂粒を上にくっつけていく。こうして長い時間をかけて積もった砂粒はしま模様になり、年輪を持つストロマトライトができる。ストロマトライトはラン藻が光を求めて成長した証拠であろうか。
ストロマトライトの一番外側にはシアノバクテリアの膜があり、その内側に別の種類のバクテリアが定住している。共利共生関係にあると思われる。27億年間まったく変わらないはずはないが、おそらく、基本的なことは変化していないだろう。ストロマトライトは他の細菌を呼び寄せて生態系を作り出し、真核生物の進化の土台を提供した。ストロマトライトは20億年前に最盛期を向かえた。
シアノバクテリアを中心とした光合成生物の繁栄により、生物量が今までより遥かに増えた。さらに、有機物の供給、生態系における物質循環の経路も変化した。生物生産は主に浅海や海洋表層で行われ、生産物が海底へと沈降する物質移送の経路が開かれた。海全体へ高分子有機物が供給され、海洋表層のみならず、海洋底へも生物圏が拡大した。それまでの海洋底では熱水循環系の周辺にしか生物圏がなかった。大量の炭素が固定され、生態系に加えられた。その後の進化を保障するだけの有機物が作り出された。
大陸が成長するには長い時間がかかったが、それに伴い、光合成生物を中心としたバクテリア生態系が発展し、複雑化したと考えられる。
シアノバクテリアは光合成により水中の二酸化炭素から、酸素を作り出した。酸素は海水中の鉄イオンと結合し、酸化鉄になって沈殿した。現在、人類が主要な鉄鉱石として利用している縞状鉄鉱層は26〜18億年前に堆積した。空気中の酸素濃度は25億年前から5億年前まで大気中に１％程度存在するようになった。
一方で空気中の二酸化炭素は減少し、気圧も低下した。また、二酸化炭素による温室効果もなくなった。地球は何度か全球凍結を経験したかもしれない。
酸素がコンスタントに供給されるようになると、酸素を使った呼吸をもつ生物が進化した。酸素呼吸のエネルギー効率は有機物を分解するだけの呼吸（醗酵）に比べて非常に高く、高度な生物の誕生と進化を支えた。
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細胞が地球上に出現してからずっと存在し続けた一群の生物がバクテリアです。この生物の歴史について語られることはほとんどありません。化石による分類が不可能で、地球の絶対年代に当てはめることができないためです。唯一使える方法は遺伝子の塩基配列を比較して、進化の分岐年代を推定することです。化石を残す生物のように時には絶滅したバクテリアもあったでしょうが、バクテリアにとって絶滅は消滅であり、存在は永遠に解明されることはありません。
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ずっと古い時代の長い時間で起こった出来事について推測を加え、記述してきました。長い時間は想像もつかない変化を引き起こしているかもしれません。人間活動に比べて、億年の期間は比べようもなく長いものです。人類はこの時間を実感することができません。
人間の時間感覚は対数的であるように思います。10年前と20年前の時間の距離は100年前と200年前の時間の距離と同じように感じられます。さらに、1000年前、1万年前と、なんとなく等間隔で並ぶようなイメージです。物理的な時間は長くなっているのですが、感覚的にはその長さは感じられません。
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製品開発では長い時間で起こる変化を評価し、品質を保証しなければなりません。
医薬品では安定性試験。食品では保存性試験。機械では耐久性試験。これらの試験は製品の性能を保証する一つの要素として基準が示されています。基準を定めるために、また、検査するためにたくさんの公益法人が設立され、運営されています。
医薬品を例に取ると、安定性試験とは医薬品の品質が温度や湿度などの影響を受けて、どのように経時的に変化するかを科学的に評価する試験です。評価のために試験計画書を作成し、実際に保存、分析を行い、その結果を試験報告書にまとめます。また、試験の信頼性を担保するために、保存機器、分析機器の保守管理や操作について手順書を作成し、完備します。分析技術は科学の発展に応じて改良されます。試験結果に基づいて医薬品の有効期間や保存条件が決められます。
わざと苛酷な環境において、どのような分解物が生じるかを調べたり、分解物が動物に対して害を及ぼさないか調査する安全性評価も必要です。さらに、使用状況を考えて、その条件をシミュレートした試験が必要です。運送のときに、トラック内で高温にさらされるかもしれない。輸送中は数日間、揺らされるかもしれない。患者さんは開封した後、飲み忘れて、1日、置いてから飲むかもしれない。薬を入れた状態で容器や栓も試験されます。
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医薬品の安定性試験は通常3年間ほどかかります。保存のための工夫の成果は3年後に明らかになるわけです。逆に、他の性能試験にパスしても、安定性試験で失敗する可能性があります。他の性能試験はがんばって比較的短期間でやり直しがききますが、安定性試験はどうあがいても同じ時間がかかります。
簡単な機器類でも10万回の動作をテストする耐久性試験や過酷な環境下でも同じ性能で動作することをテストする長期負荷試験を行います。これらの試験を失敗すると、製品開発期間が延びて新製品の完成･出荷が遅れてしまいます。時間的に失地回復できるものではありません。開発研究で不正が行われやすいのはこの試験部分でしょう。あるときは研究員の独断で、あるときは上司からの圧力で。
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建築物は日用品などより遥かに長い期間使用されることになります。トンネルなどでは最低数百年、廃棄物の処分場などでは数千年、放射性廃棄物では数万年の使用が前提となります。しかし、科学的にデータが取れる範囲では、よく使われる建材であるコンクリートでも数百年の実績しかありません。建築・土木分野では昔から使われてきた木や石以外、すなわち、コンクリートや鋼管については百年を越える長期間にわたるデータはあまり蓄積されていません。
紙は実績のある記録媒体ですが、保存状態がよい条件で約千年でしょう。コンピュータで使用しているフロッピーディスクなどの磁気媒体は寿命が数年しかありません。磁気の保持能力が保存期間を決めます。光磁気媒体（CDやDVD）は10〜30年しかありません。化学材料（ディスク部分の劣化も含めて）が寿命を決めます。染料系のインクも化学物質なので、せいぜい寿命は100年というところでしょう。紙は1000年持っても、記録するインクが染料系だと、保存性が悪いことになります。顔料系のインク（固体の粒です）であれば、紙と同じだけ保存できるでしょう。きちんとしたマイクロフィルムは500年、石に描かれた壁画が数千年、刻まれたものは数万年ほどでしょうか。
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長い時間を測定する時計は同位元素によって与えられます。物質は原子からできています。原子は電子、陽子、中性子で構成されています。陽子と電子は同じ数だけあります。ところが、中性子の数は一定でありません。水素原子は中性子が、0個、1個（重水素）、2個（トリチウム）の３種類があります。当然のことながら、質量数が大きい原子ほど、中性子の数に幅があります。これを同位体または同位元素と呼びます。同位元素のいくつかは、放射線を出して異なる原子へと変わります。放射性同位元素と呼ばれ、700種類ほどが知られています。変化は原子核レベルで起こりますので、周りの環境に左右されません。常に一定の確率で変化します。
炭素を例にすると、中性子が７個、８個という炭素が存在して、この場合の質量数はそれぞれ、13、14となります。質量数14の炭素14C（14は肩上げ）は自然崩壊して窒素14Nになります。変化の確率は数が初めの半分になる時間で表し、半減期と呼びます。閉じ込められた炭素の塊の中の14Cの割合は閉じ込められたときから5730年毎に半分になっていますので、14Cの量を正確に測定すると、閉じ込められた年代がわかります。通常、14Cは1兆分の1ほどしか含まれません。他の炭素（ほとんどが12Cです）に比べて2兆分の1しかなければそのサンプルは5730年前のものとなります。
これほどの量を正確に測定するには質量分析装置が必要です。また、これほどの微量な量を測定するのですから、サンプルに周りのものが紛れ込まないように細心の注意を払わなければなりません。方法は十分吟味され、約6万年前までならば14Cの量で年代を決めることができます。
同じように、ウラン、トリウム、鉛の放射性同位元素崩壊系列を利用した半減期40億年ほどの時計、ルビジウム・ストロンチウムやカリウムを利用した半減期10億年ほどの時計が利用されます。
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生命は永遠を志向する。
生物の仕組みは自身の生命活動をできるだけ長く維持するようにできています。個体の生命活動が潰えたあとでも、子孫にその仕組みを伝えることで、種全体としては永遠に生き残るようにできています。また、様々な遺伝的な多様性を包含する懐の深さを持って、環境の変化に生き残りを図ります。生物全体はお互いに助け合い、たとえ、絶滅する種があったとしても、生命システムは生き残るように形作られてきました。
生物のこの基本的な志向の基礎は生物が目に見えないサイズであった20億年ほどの間に築かれました（私はストロマトライトの時代と思っています）。それは遺伝子を基本とする生物体の複製システムです。あまりにも完成しすぎていて、我々はその歴史をたどることができません。不完全な中間状態の遺伝子が切り捨てられ、葬り去られたことも生物体の複製システムが完成しすぎていると感じる原因でしょう。新しい遺伝子は古い遺伝子から作られるように見えます。
精緻でありながら、いい加減である。生物体のように、自由度を保ったまま、できるだけ正確に機能する巧妙な仕組みは、人類はまだ作り出せずにいます。
つづく
