新たな発見により、「生命はいつ、どこで始まったのか」という古くからの疑問が浮上しました。

この岩は深い赤褐色で、灰色の縞模様が入っています。ケベック州北部のハドソン湾に下る丘陵地帯の一部である低木の茂るツンドラの上にそびえ立っています。長い間、おそらく地球自体と同じくらい長い間、この状態が続いています。ここは地球上でも珍しい場所で、これほど古い岩が残っている数少ない場所の 1 つです。プレートテクトニクスと地殻の絶え間ない循環により、地球の表面は繰り返し侵食されてきました。この運命を逃れたのは、グリーンランドや西オーストラリア州など、大陸内部のいくつかの地域だけです。生命の起源の兆候を見つけることを専門とする科学者は、これらの太古の遺跡を巡礼します。生命はこれらの岩石で最初の章を書きました。そして科学者はそれを読み解くことを望んでいます。

カナダの地質学者ドミニク・パピノーは、ヌヴァギットゥク表層地殻帯として知られるこの寂しい場所を訪れる計画を何年も立てていた。2008年、彼はついに数千ドルの資金を集め、ワシントンDCのカーネギー研究所を出発し、3回の乗り継ぎと最後の移動に飛行機を使った。岩が好きで、蚊が気にならないなら、ここは夏に2週間ほど散策するのに最高の場所だ。氷河に磨かれた地衣類が点在する石の広大な土地が、薄い土壌から突き出ている。

パピノーは小川の近くにテントを張った。この時期、この緯度では朝4時に日の出なので、探索に何時間も使える。出発の3日前、パピノーは長さ20〜30ヤードの縞状鉄鉱層の一部を発見した。赤みがかった赤鉄鉱が暗い磁鉄鉱と重なり、赤と灰色のナポレオン像のようだった。それは古代の深海熱水噴出孔の位置からさほど遠くない場所で形成された。25セント硬貨大の塊が表面に点在し、細い渦巻きを描いていた。若い岩石では、そのような痕跡がかつての生命の存在を示す可能性があることをパピノーは知っていた。「この物質を見たとき、サンプルを採取する必要があると分かりました」と彼は言う。彼は大ハンマーで塊を砕いた。

出発の時が来ると、彼は100ポンドを超える岩石のお土産を、地球物理学の博士研究員として働いていたカーネギー研究所に持ち帰った。そこで、彼の新しい標本はコレクションに加わり、岩石ならではの忍耐力で、分析する時間ができるまで待った。

パピノー氏は2014年にロンドン大学に移ってから、ようやく調査に乗り出した。ヌヴァギットゥク層の年齢は37億7000万年から42億8000万年と考えられているため、同氏のサンプルは45億4000万年前の地球よりもわずかに若いことになる。パピノー氏と大学院生のマシュー・ドッド氏は12種類の分析を行い、最終的にこれらの質素な岩石に地球上で発見された最古の生命の証拠が含まれているという結論に至った。

3月に、彼らはその研究結果をネイチャー誌に発表した。もし正しければ、彼らの研究は生命の起源研究における比較的新しい理論を補強することになる。つまり、10億年以上かけて構成要素が組み立てられたのではなく、最初期の形態は数千万、あるいは数十万という地質学的な鼓動の中で突如として現れたという理論だ。

さらに、生命は奇妙な偶然を必要としなかったかもしれない。むしろ、地球の初期の化学反応の日常的な結果として、あるいは、あらゆる岩石質で湿った惑星（天の川銀河だけでも 400 億個ある）に見られるデフォルトの条件として形成されたのかもしれない。

しかし、生命の起源の分野は、初期の地球そのものと同様に、渦巻く理論の大釜であり、新しい理論が発表されるたびに異議が唱えられ、時には激しい批判の流れに埋もれてしまう。パピノーとドッドが間違っているとすれば（そうではないかと疑う人もいる）、彼らが発見した痕跡や鉱物は単なる幻影であり、遠い昔の微生物の幻想を創り出す誤解を招く地質学のもう一つの例に過ぎない。そして、その結果は必ずやってくる。パピノーは、他の惑星に生物が存在すると示唆したために1600年に火あぶりにされたジョルダーノ・ブルーノについて冗談を飛ばす。幸いにも、そのような形式の査読はもはや人気がない。代わりに、彼らは現代の同等の査読に耐えるかもしれない。

起源の物語

1992年、カリフォルニア大学ロサンゼルス校のビル・ショップ氏は、西オーストラリア州の岩石から35億年前の微化石を発見したと発表した。この主張は10年間続いたが、オックスフォード大学の宇宙生物学者で古生物学者のマーティン・ブレイジャー氏が、ショップ氏が岩石とその地質を誤解していると非難した。ブレイジャー氏は、ショップ氏が証拠を恣意的に選び、詐欺行為に及んだ可能性もあると主張した。

その年の宇宙生物学科学会議で、科学者たちは公の場で議論を交わした。生命の起源や地球外生命を研究する何百人もの研究者の前で、ブレイジャーとショップは口論を交わし、互いの科学を非難した。そして勝利したのはブレイジャーだった。今日、この分野の研究者の大半は、ショップの岩石には初期の生物の証拠が見られたと考えている。ただ、彼が見たと思っていた種類の生物とは違っていた。

ダーウィンが初期生命は「暖かい小さな池」に隠れていたのではないかと初めて推測した1870年代以来、この分野では、この研究を専門とする科学者の数とほぼ同じ数の理論が生まれてきました。しかし、一般的には、理論は2つのテーマ、つまり陸か海かのいずれかに沿っています。

生物学者は海説を好む傾向がある。この説は、生命は深海の熱水噴出孔で始まったと仮定する。熱水噴出孔では、高温でミネラルを豊富に含んだ水が地球内部から湧き出て、生物を養い、維持している。この説は理にかなっているように思える。海は、若い惑星の表面をかつて焦がした容赦ない隕石の衝突や致命的な太陽紫外線から初期の生命を守ることができた。また、噴出孔は、水素ガスや硫黄や鉄などのミネラルの形で、食料やエネルギーを提供しただろう。

カリフォルニア州パサデナにあるジェット推進研究所の惑星化学および宇宙生物学グループを率いるマイケル・ラッセル氏は、宇宙生命の探索準備を担当しており、海説を支持している。ラッセル氏によると、ある種の噴出孔からアルカリ性の水が染み出すと、太古の地球の酸性海水と混ざり合い、微量の電気化学電荷が生まれ、最初の生物が誕生した可能性があるという。「熱水噴出孔は、生命が生息するには素晴らしい場所です」とラッセル氏は言う。

このようなシナリオでは、単純な化学物質が小さな穴に集まり、濃縮された鉱物柱も生成される可能性がある。そこに閉じ込められた化学物質は、生物学に必要な長い鎖に連結される可能性がある。その後、膜を形成し始め、エネルギーを捕らえるシステムを構築し、遺伝コードを作成する。最終的に、これらの成分が集まって微生物となり、パピノーが岩石に見つけたものと似た痕跡を残す可能性がある。

陸地説論者は、これは馬鹿げた考えだと言う。海洋は水が多すぎて、生命がそこに最初の足場を築くことは不可能だ。「化学的に考えにくい」と、ドイツのオスナブリュック大学の生物物理学者、アルメン・ムルキジャニアン氏は言う。シドニーのニューサウスウェールズ大学の地質学者で宇宙生物学者のマーティン・ファン・クラネンドンク氏もこの見解に賛成する。「私たちは海洋を極限環境とみなしています」と同氏は言う。

ヴァン・クラネンドンクらは、代わりに新地球の表面に目を向けている。そこには、塩分を含んだ温泉、泡立つ間欠泉、豊富なガスがあり、生命の化学的ゆりかごの役割を果たしていただろう。そこを火山世界と呼ぼう。そこには、シアン化水素と硫化水素の化合物が淡水プールに集まっている可能性がある。湿潤と乾燥のサイクルと焼けつくような紫外線が組み合わさって、これらの化学物質が自己複製できるような形で結合し、最終的に遺伝暗号を作り出す可能性がある。研究者らは、DNAの構成要素がこのようにして発生する可能性があることを実験室で実証している。そして、ヴァン・クラネンドンク自身のチームも最近、オーストラリアのかつての温泉から35億年前の生命の証拠を発見した。

海説を支持する科学者は、存在はコードではなく食事から始まると反論する。遺伝子のようなものを作る前に、代謝とエネルギー源が必要だ。

さらに、関係する化学物質は信じ難い（シアン化物？）。「太陽の光の中の有機分子から生命が生まれるという考えはばかげている」とラッセルは非難する。ジェット燃料の例えでは、エンジンのないロケットに誘導システムを搭載してそれが機能するとは思わないだろう。まず燃料が先だ。

研究の世界では、誰もが専門家です。しかし、誰も専門家ではありません。この問題に取り組むには、物理​​学者、生化学者、地質学者、微生物学者、大気科学者、宇宙生物学者など、大学全体の科学者が必要です。それぞれに異なる訓練と専門知識が必要です。「物理学、ファンデルワールス力、トルストイが教えてくれる自己組織化に関する考え、つまり生命の出現について、私が知っておく必要のないものは何かあるでしょうか？」とラッセルは問います。

問題をさらに複雑にしているのは、天体誕生の瞬間のデータがないことだ。唯一の情報源は、地球そのものとほぼ同じくらい古い岩石で、そのほとんどは熱、圧力、時間によってねじれ、変形している。どんなに洗練されたツールを使っても、古代の岩石を解釈すると、ショップフに見破られる危険がある。「地質学のワイルド・ウェストのようなものだ」と、深海噴出孔説を支持するロンドン大学ユニバーシティ・カレッジの進化生化学者ニック・レーンは言う。「解釈が難しい。恥をかく危険がある」

古代の手がかりを分析する

UCL ナノテクノロジー棟にあるパピノーの小さな研究室を横切るのに、たった 2 歩しかかかりません。私が立っている場所から、世界中から集めた岩石が入った、丁寧にラベルの貼られた布製の袋が詰まったキャビネットまでは 1 歩です。そして、彼が今かがみ込んでいる顕微鏡までも 1 歩です。彼は私に見せるための良いものを探しています。彼は近くのコンピューターに目を向け、顕微鏡写真を表示します。それは、Nature のレポートで主役を務めた岩石の内部を拡大した画像です。私には、キッチンのカウンタートップのように見えます。灰色のパレットを背景に、黒と白のしみに暗い赤が飛び散っています。訓練された目には (私の目ではありません)、それぞれの色と形から、その物質が何であるか、そしてそれがどのようにできたかがわかります。

地質学的な調査は犯罪捜査によく似ています。すべてがかなり昔の出来事なので、決定的な証拠は存在しません。目的は、さまざまな角度から謎を探れるように、複数の調査ラインを立ち上げることです。目撃証言を裏付けるときと同じように、全員が同じことを言っている場合、何がいつどのように起こったかという理論が正しいと確信できます。

法医学的プロセスの第一段階は、岩石の一部を切り取り、光が透けて見えるほど薄く削ることだった。その後、パピノーとドッドは、生物学的物質が存在していたことを示す可能性のあるグラファイト状炭素を探し始めた。彼らはすぐに、塩粒ほどの大きさのロゼット状の構造物として、グラファイト状炭素を発見した。

パピノーはコンピューターの画面で、かすかな的のマークを見せてくれた。中心は真珠のような灰色の石英で、暗赤色のヘマタイトの斑点がある。周囲は白と鳩灰色の輪で囲まれている。「なんて美しいのでしょう」と彼は言う。「ほぼ完全な球体です」。この形は、生物材料が腐敗して二酸化炭素を生成し、それが炭酸塩鉱物を形成するときに生じると、彼は考えている。

次にパピノーは、血のように赤いリボンが白い石英の背景にくねくねと走っている顕微鏡写真を表示した。彼とドッドは予想していなかったが、生命の化学的兆候に加えて、彼らは実際の化石と思われるものも発見した。これらのくねくねした線、つまり糸状の管は、深海の噴出孔系で現代の鉄酸化細菌が作る形に似ており、はるかに若い化石のようで、さらに重要な手がかりである。「顕微鏡でこれを見て、」彼は指を鳴らして言った。「これは何かを教えてくれるが、それが何なのかはよくわからない」。彼は、地層中の小さな黒い突起は化石、つまり実際の細胞の残骸であると結論付けた。ねじれたリボンは、地質学的プロセスによって錆びた赤いヘマタイトで覆われた微生物の廃棄物である。

パピノーとドッドは、自分たちの主張を確かめるために、はるかに新しい化石との物理的、化学的比較を行い、他の研究者と協力してサンプルをテストした。パピノーはすでに、軽い炭素と重い炭素の比率を分析していた。生命は軽い炭素を好むが、この岩石にはそれが過剰に含まれていることがわかった。彼とドッドは、マイクロラマン分光法を使用し、サンプルにレーザーを照射して散乱光のスペクトルからその組成を調べた。彼らは、集束イオンビーム顕微鏡をサンプルに向け、ナノスケールの粒子を削り取り、その鉱物成分を調べた。いずれの場合も、グラファイト状炭素またはそれに関連する鉱物、そして生命を示唆するパターンが見つかった。

論文が発表されると、地質学界では賛否両論が沸き起こった。結論には賛同せずに研究を賞賛する人も多かった。「著者らは、いくつかの先進的な技術をうまく応用した」と、ジェット推進研究所の宇宙生物地球化学研究室長ケン・ウィリフォード氏は言う。「解釈を確信するには、さらに研究が必要だ」

懐疑的な意見もすぐに出た。「パピノーは、可能性を示唆するたくさんの可能性をつなぎ合わせましたが、サンプルが確実に何であるか、そうでないかを一概に決めることはできません」と、2017年の自身の発見を、別の種類の化石パターン、ストロマトライトと呼ばれるシート状の構造物に基づいたものにしたヴァン・クラネンドンクは言う。他の人たちは、繊維状の構造に疑問を投げかけ、見た目がおかしいと言った。岩石は、信頼できないほどの熱と圧力にさらされていたのだ。

パピノーとドッドは、この件について熟考したと述べている。確かに、彼らが見た現象はどれも非生物学的化学反応によって引き起こされた可能性がある。しかし、生命もかつて存在していたのでなければ、これらの現象のすべてが存在していた可能性は極めて低い。「初期の生命に関する主張の歴史を考えると、この研究が論争に見舞われることは分かっていました」とドッドは言う。「これは、簡単に主張できるものではありません。」

以前のタイムライン

ビッグバン理論ほど衝撃的ではないかもしれないし、ダーウィンの種の起源ほど混乱させられるものではないかもしれないが、生命がどこでどのように始まったのかという疑問は、実存的な永遠の謎である。それは、私たちの最初の始まり、つまり私たち全員を構成している物質、つまりコードと化学物質を指し示している。パピノーとドッドは正しいかもしれない。あるいはそうではないかもしれない。しかし、地球が形成されてすぐに微生物が群がり始めた可能性が高い。生命がどこでどのように始まったのかというコンセンサスはないが、誰もが基本的な「いつ」についてはほぼ同意している。それは、早く、そして急速に。

実際、同じ時期に、多くの場所で、複数回起こった可能性がある。「それは十分あり得る」とMITの地質生物学者タニャ・ボサック氏は言う。つまり、別の惑星でも起こった可能性があるということだ。最も近い候補である火星の場合、それは現れては消えた可能性がある。

NASA の火星 2020 ミッションは、その答えを見つけ出そうとする。エンジニアたちは探査車にマイクロラマン分光計を装備し、パピノーとドッドが研究室で行ったことと少し似通った、岩石の過去の生物成分の分析を行う。このミッションの副プロジェクト科学者であるウィリフォードは、開発中に探査車の分光計をテストするためにヌヴァギットゥクのサンプルの一部を使用する予定だ。

もしもいつかミッションが火星かどこかの岩石の中にかつての生命を発見したら、宇宙における我々の独自性に対する認識が変わるだろうとパピノーは考えている。それは「人々を一つにする」ことさえあるかもしれない、と彼は言う。ヴァン・クラネンドンクは、それはまるでアポロ宇宙飛行士が宇宙から地球を振り返るようなものだと言い、「宇宙における我々の立場に大きな影響を与える可能性がある」。

その間、科学者たちはこれまで通り、遠く離れた古代の岩石、生化学研究室、顕微鏡下のクリーンルーム、そしてロンドン大学ユニバーシティ・カレッジのレーン研究室にあるような泡立つ容器など、研究を続けるだろう。そこはパピノーのオフィスからわずか1ブロックのところだが、まったく異なる世界だ。レーンは生命の起源を再現する反応炉を建造し、創造につながる化学反応を再現しようとしている。

すでに廃番となった最初のバージョンは、ドラマ「ブレイキング・バッド」に出てくるような外観をしている。汚れた大きなガラスの円筒で、底からチューブがぶら下がっている。チューブはしわしわのアルミホイルで部分的に覆われ、マスキングテープで固定されている。細いワイヤーの束が下から蛇のように伸びている。スイッチを入れると、リン酸カリウムや硫化ナトリウムなどの一般的な塩を含む、水素を豊富に含んだ熱いアルカリ性の液体がパイプを通ってチャンバーに染み出す。液体は、溶解した二酸化炭素、鉄、ニッケルを豊富に含み、酸素が欠乏した酸性の水の中を泡立ちながら進む。まるで40億年前の海のように。

数時間後、アルカリ性および酸性の水の間に蜘蛛の巣状の黒い管が形成され、初期の噴出孔構造を模倣する。レーンの装置の 1 つから、複雑な生化学の前駆物質であるホルムアルデヒドが生成された。彼はその結果を確認するための対照実験に取り組んでいる。「この化学反応を真剣に受け止めている人は少数です」と彼は言う。「誰かがそれを解明するのは時間の問題だと思います。」

パピノー氏とドッド氏もまだ研究を続けている。他の多くのプロジェクトの中でも、彼らは岩石と化石のサンプルの1つをフランスのシンクロトロンに送り、3D X線で観察して、どの現代の微生物が古代の微生物に最も近いのかを推測する予定だ。

「すべてが重要です」とパピノー氏は言う。「これらは私たちが持っている中で最も保存状態の良い微化石です。私たちはこの機会を捉えて、できる限りの特徴を明らかにしなければなりません」。言い換えれば、これらは現在私たちが持っている中で最も優れた微化石の 1 つだ。しかし、いつか誰かが、もっと古く、もっと鮮明で、もっと驚くべき、もっと優れた微化石に偶然出会うかもしれない。

この研究分野で証明されたことがあるとすれば、それは生命は得られるあらゆる機会を捉え、急いでそこに到達するということだ。生命は起こるものだ。

キャット・マクゴーワンは、カリフォルニア州バークレーとニューヨーク市で記事を書いている科学ジャーナリストです。

この記事はもともと、2017 年 9 月/10 月号の「Popular Science の Mysteries of Time and Space」に掲載されました。