火山灰と隕石の混合が地球上の生命を活性化させた可能性がある

生命とは何か？それは、答えがひとつではない曖昧な概念です。哲学者に尋ねれば、プラトンの言葉を引用して、生命とは自活し、繁殖する能力だと答えるかもしれません。しかし、そうすると不妊のロバは無生物になってしまいます。生物学者に尋ねれば、ゾウリムシやゾウのように多様な遺伝子を持つ組織化された物質としての生命という教科書的な定義を突きつけられるでしょう。

ドイツのミュンヘンにあるルートヴィヒ・マクシミリアン大学の化学教授オリバー・トラップ氏は、別の説明をしている。同教授は、生命とは「自立した反応ネットワーク」であり、その中で生物は生き残り、適応するために必要なプロセスを備えていると述べている。これは、NASA が地球外生命を探す際に使用する定義と一致している。生命を構成するもの、そして生命を維持するために必要な条件を明確に理解することは、天文学者が他の惑星で生命を探す際に何を探すべきかをより正確に把握するのに役立つ。

具体的には、必須成分を集めた環境を探すことができる。地球の初期段階で起こったことに基づくと、生命を作るための前提条件は、有機化学反応のための材料である。本日Scientific Reportsに発表された新しい研究で、トラップ氏と彼の同僚は、44億年前に地球が生命を生み出す化学反応のための供給をどのように受け取ったかをシミュレートした。彼らは、特別な条件や幸運な条件は必要なかったと示唆している。代わりに、地球上の生命は火山の粒子と鉄分を豊富に含む隕石から作られた。これらは、生物に不可欠な構成要素であるアミノ酸、脂質、ヌクレオシド、糖を運んでいた。

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「生物学の起源を理解することは、未解決の最大の科学的疑問の一つです。地球外生命がいかにありふれた存在であるか、そして宇宙における人類の位置づけを理解する上で重要な意味を持っています」と、東京工業大学の化学教授で国際生命起源学会会長のヘンダーソン（ジム）・クリーブス氏は言う。同氏はこの研究には関わっていない。

これまでの理論では、地球の火山が起源であると示唆されていた。溶岩が大陸を形成し、火山ガスが海洋と大気の形成を助けた。初期の地球には、化学物質を豊富に含んだ隕石が空から落下するという形で、もう一つの重要な後押しもあったかもしれない。

トラップ氏の新しい研究は、落下した小惑星の鉄が大気中の二酸化炭素を炭化水素、アルデヒド、アルコールなどの有機分子に変えるのを助けたことを示唆している。「隕石が濃い大気圏に入り、加熱されてナノ粒子がアブレーションされるのです」と同氏は説明する。火山で見つかった天然鉱物がこれらの化学反応を助けたのだろう。

宇宙の岩石と地球の噴火の相互作用を解明するため、著者らは研究室で地球の若い状態をシミュレートした。著者らは鉄と石の隕石の塊を2つ購入し、酸で溶かして溶液を作り、数十億年前に存在していたと推定される火山灰と鉱物の粉砕サンプルに浸した。その結果、火山島に墜落する隕石のモデルができた。研究チームはまた、高圧高熱システム下で二酸化炭素ガスを水素ガスまたは水と混合して、初期の地球の大気状態をシミュレートした。

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この加圧モデルでの反応を観察した研究チームは、アルデヒド、ホルムアルデヒド、アルコール、炭化水素、アセトアルデヒドの生成が増加していることに気付いた。これらの有機化合物は、その後、アミノ酸、脂質、DNA、RNA分子を作るためのさらなる化学反応に使用される。「低温でも、粒子は反応性が高く、非常に頑丈でした」とトラップ氏は言う。著者らは、地球の大気が冷えて反応性が高くなると、鉄が二酸化炭素を酸素含有有機化合物に変換する速度が速まる可能性が高いと示唆している。

「微小隕石が落下中に生命誕生前の有機合成にどのように貢献したかを示す証拠を見るのは非常に興味深い」とクリーブス氏は指摘する。同氏は、この研究は生命の誕生に関するこの理論に十分な証拠を提供していると述べる一方で、このシミュレーションは初期の大気の組成に依存していると警告する。同氏は、研究室がシミュレーションした通りの条件が実際に存在していたかどうかは不明だと言う。

トラップ氏は、今回の発見は生命の構成要素を解明する第一歩だと語る。適切な物質が存在する限り、生物が生存できる条件は地球に特有のものではないかもしれない。これは宇宙探査者が惑星を探索する価値があるかどうかを決めるのに役立つかもしれない。例えば、木星の衛星イオやエウロパなど他の場所では、すでに活動していない火山が発見されている。エウロパは氷の表面の下に液体の水の海を持っているため、地球外生命が存在する有力候補だ。

あるいは、これらのシミュレーションによって、有望な惑星が排除される可能性もあります。「惑星が急速に冷え、二酸化炭素を有機化合物に変換できなくなった場合、このプロセスは完全に停止し、基本的に生命は死滅します。」たとえ生命にとって最適な環境を持つ惑星に偶然出会ったとしても、実際にエイリアンが見つかるかどうかはまったく別の問題です。