化石と地層

羽毛と歯と骨のある尾をもつ動物、始祖鳥の最初の骨格は、『On the Origin of Species』が出版された2年後の1861年にドイツで見つかりました。

ほとんどの生物は、死ぬと跡形もなく消えてしまいます。化石ができるのは、遺骸や足跡などの痕跡がすばやく埋もれて保存されたときだけで、ふつうは後に固まって岩石になる堆積物の中です。殻や骨、歯のような硬い部分は、やわらかい体よりもはるかに残りやすいです。それでも世界中の化石から、いつ何が生きていたかの記録が得られ、昔の生物が今の生物と同じではなかったことがわかります。埋葬も大きな助けになります。ネアンデルタール人の化石記録がとくに豊富なのは、ネアンデルタール人が死者を埋葬していたことも理由の一つです。

地層を読む

堆積物は層になって積もり、新しい層が前の層の上に重なります。この層を地層といいます。ここから地層累重の法則が導かれます。乱されていない地層の重なりでは、どの層もその下の層より新しく、上の層より古いのです。もう一つの規則は、地層を貫く岩石についてのものです。岩脈は、かつて溶けていた岩石が地層を横切って板状に固まったもので、それが切っているすべての層より新しく、その上に重なるどの層よりも古いのです。どちらの規則からも、何年前という年代はわかりません。わかるのは順序で、これを相対年代の決定といいます。

化石の中には、とくに優れた時計になるものがあります。示準化石は、地質時代のうち限られた期間にだけ生きていて、しかも広い範囲に分布していた生物の化石です。ある国の岩石と遠く離れた別の岩石の両方でそれが見つかれば、二つの岩石がほぼ同じ時代にできたことがわかります。示準化石は、カンブリア紀、デボン紀、ジュラ紀のような名前のついた時代からなる相対的な時間の尺度と結びついています。

何年前かを知る

年数で表した年代は、一定の速さで壊れていく放射性の原子からわかります。半減期とは、試料中の親原子の半分が崩壊するまでにかかる時間です。アメリカ地質調査所は、半減期45億年で鉛-206になるウラン-238と、半減期13億年でアルゴン-40になるカリウム-40を挙げています。こうしたゆっくり進む時計は、溶岩流や化石を含む地層のあいだの岩脈など、古い火山岩の年代測定に使われます。炭素-14の半減期は5,730年です。生物は生きているあいだ炭素-14を取り込むので、比較的最近の木材や骨、殻の年代がわかります。半減期を1回過ぎると親原子は半分、2回で4分の1、3回で8分の1が残ります。こうして測ると地球の年齢は約45億年で、そのうち80パーセント以上の時間が過ぎてから、ようやく複雑な生物が岩石の中に現れます。

グループのあいだに位置する化石

ダーウィンの理論からは、二つのグループの特徴をあわせもつ化石がときどき見つかるはずだと予想されます。始祖鳥は、ジュラ紀後期の1億4900万～1億4500万年前（149〜145百万年前）に、現在のドイツにあたる地域で生きていました。最初の骨格は1861年に見つかり、1862年にロンドン自然史博物館が買い取りました。今もロンドン標本としてそこで展示されています。鳥のように羽毛の生えた幅の広い翼をもつ一方で、鋭い歯と長い骨のある尾もありました。現在、科学者は鳥類を恐竜の中で生き残った一つの枝として扱っています。ティクターリク（Tiktaalik roseae）も一つの例です。2004年にカナダ北極圏のエルズミーア島で見つかった3億7500万年前の魚で、前びれの中に骨と関節がありました。発見したシカゴ大学のチームによると、最初の四足動物より約1200万年前に生きていて、魚に四肢動物の特徴が現れてくるようすを示しています。チームは、かつて浅い川だった、ちょうどよい年代の岩石を選んで、意図的にこの化石を探しました。