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	地質学的形成
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北岸に沿ったガンフリント山脈に露出している縞状鉄鉱層の岩石群です。ガンフリントチャートは、古原生代からの微生物生命の証拠を含むため、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年代に発見された当時、それは科学文献で発見され記述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]この岩石群の黒い層には、19〜23億年前の微化石が含まれています。オンタリオ州では、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が発見されています。縞状鉄鉱石層は、酸化鉄に富む層とシリカに富む層が交互に重なり合った地層から構成されています。酸化鉄は、通常、赤鉄鉱または磁鉄鉱とイルメナイトから構成され、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、スペリオル湖の岸に沿ってオンタリオ州北西部とミネソタ州北部に広がっています。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近くのオンタリオ州シュライバーにあります。^[5]

地質学者スタンレー・A・タイラーは1953年に初めてこの地域を調査し、赤いストロマトライトに気付いた。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、大きさが10マイクロメートル未満の、生命に似た小さな球、棒、糸状の物体がいくつか見つかった。ハーバード大学の古植物学者エルソ・バーグホーンはその後、同じサンプルを調べ、「確かに構造的に保存された単細胞生物だった」と結論付けた。^{[6] 1965年に2人の科学者は画期的な発見を発表し、}ガンフリント植物相の最初の変種に名前を付けた。^{[2]これにより、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学術的な「殺到」が起きた。それ以降、より古い微化石も記述されてきましたが、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化石群集の 1 つとして今も残っています。

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とスレート層がアンケライト 炭酸塩層と交互に重なってできています。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）に細分できます。^[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、下部スレート、上部チャート、上部スレートの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、胞子のような球状体、有機物を多く含むウーイドからなる微化石が見つかります。

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、赤鉄鉱の縞模様の層と黒色チャートを観察し、ストロマトライトの可能性もあると指摘したが、彼が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、AM・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1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質生物学的重要性に言及した最初の出版物は1965年で、ガンフリントの微小動物相に焦点を当てた2つの科学論文が著名な科学雑誌「サイエンス」に掲載された。これらの論文とは、スタンレー・タイラーとエルソ・バーグホーンの「ガンフリントチャート産の微生物」^[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）の「ガンフリント（先カンブリア時代）の微生物叢の重要性」 ^[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発生したという考えを紹介した画期的な出版物となった。各論文の焦点は著しく異なっていた。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の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は、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、膨大な数の古生物学および地球化学研究への扉を開いた。

ガンフリントチャートの微小動物相は、中期から後期古原生代（ウラン鉛年代測定法で約18億7800万年前±130万年前）のものである。^[1]この年代は、年代測定法がより正確かつ精密になるにつれ変動してきた。初期の全岩ルビジウム-ストロンチウムおよびカリウム-アルゴン年代測定では、ガンフリント鉄層の年代は156-1億6300万年前とされた。^{[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、ガンフリント鉄層内の互層灰層の年代測定では186-199億年前とされ、^[14]これは現在コンセンサスとされている1878億年前±130万年前の年代に最も近い。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]ガンフリントの微生物の半分以下の年齢の後期先カンブリア時代の集合体であった。

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に見られる糸状体で、通常、直径0.5～ 6.0μm 、長さは数百μmに及ぶ。^[3]ガンフリントの微小動物相は、糸状体と球状体の2つの大まかなカテゴリに分けられる。1965年の画期的なBarghoornとTylerの論文では、ガンフリントチャートから糸状シアノバクテリアの3つの新属と4つの新種が発見された。^{[2]それ以来、さまざまな新属と新種が特定されており、ガンフリントの}微生物群集を定義す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]}  

ガンフリントチャート内の糸状微生物は、光合成シアノバクテリアと鉄酸化細菌の混合集団である。露頭規模では、糸状のガンフリントシアノバクテリアは、ガンフリント鉄層の地層断面に沿って識別できるメートル規模のストロマトライトドームを形成する。ガンフリントチャート内で新たに特定された糸状の属と種の例としては、ガンフリント属と、アニミキエア・セプテート、エントスフェロイデス・アムプラス、およびアーケオレスティス・シュライベレンシスの種が挙げられる。^[2]

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、直径は1～16μmの範囲です。球状体は、球形から楕円形までさまざまな形態をしています。通常、球状体は膜に包まれており、膜の壁の厚さや形態はさまざまです。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、真菌胞子など、さまざまなものであると仮定されています。^[2]ガンフリントチャート内で新たに特定された球状属および種の例としては、Huroniospora属、Eoasatrion属、およびEosphaera tyleri種があります。^{[3] [17]}

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、様々な主要な化石生成モデルが提唱されている。これらの化石生成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、赤鉄鉱の保存などがある。^[2]有機残渣の保存では、淡褐色から暗褐色の有機物質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、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保存タイプであり、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る。^[18]粗粒黄鉄鉱化は、ミリメートル規模の黄鉄鉱鉱物がチャート内の有機物を置き換え、微生物の形態を保存することによって起こります。炭酸塩との共存では、チャート基質に埋め込まれた炭酸塩鉱化（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ます。^[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ます。炭酸塩鉱化は、黄鉄鉱結晶を引きずって見られることがよくあります。赤鉄鉱の保存はあまり一般的ではないタフォノミクスモードですが、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見つかります。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）、炭素質フィルムと黄鉄鉱粒によって輪郭が描かれることがよくあります。 [ ^16]ガンフリントチャートは、上記の化石生成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]

1950年代と1960年代には、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、 18億年前に光合成（または古代の独立栄養前駆様式）が起こっており、大気は微生物の生命を維持できるほど酸素化されて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]ガンフリント層の複数の鉄種は、高度に酸化的な大気と、溶解性第一鉄状態で大量の鉄を輸送することを可能にする局所的な還元条件の証拠を提供します。^[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ではありませんが、発見当時、光合成の推定年齢と生命の起源の境界を 10 億年以上遡らせました。この発見は、何世代にもわたる古生物学者と地球微生物学者に、古代の大気中の酸素の状態と酸化還元状態について考えさせ、さらに古い微生物の生命の探索を続けるよう促しました。

• 酸素災害
• アニミキエグループ

• ショップ、JW、1999年：生命のゆりかご：地球最古の化石の発見。プリンストン大学出版、336ページ 。ISBN 0-691-00230-4 
• 優良型縞状鉄鉱層