月を形成した衝突は生命の構成要素をもたらしたかもしれない

月の起源と地球上の生命の起源は、これまで考えられていた以上に密接に結びついているのかもしれない。水曜日にサイエンス・アドバンス誌に発表された新たな研究によると、44億年前に地球に衝突して月を作った宇宙の破片は、生命の進化に不可欠な最も重要な元素をもたらしたともいわれる。

「人類にとって最大の疑問の一つは、宇宙で我々が孤独な存在なのかどうかだ」とライス大学の地球・環境・惑星科学教授で、この新しい研究の共著者であるラジディープ・ダスグプタ氏は言う。「我々が知っている生命を創るには、重要な化学成分が利用可能でなければならない」水素と酸素は、一緒になって水を作ることができるので、最も明白な元素だが、生命に不可欠な他の元素には炭素、窒素、硫黄などがある。

これらの元素が地球上で実際にどのように発生したかは、これまでまったく解明されていませんでしたが、ダスグプタ氏によると、これまでは、地球の形成がほぼ完了した後に、隕石や彗星の衝突によって地球に到達したというのが有力な説でした。しかし、地球全体にこれらの元素が集中していることから生じる未解決の疑問のため、衝突の時期と規模については常に議論がありました。

「これまでは、衝突した物質は小さく、未分化で、原始的な物体であり、惑星規模の物体ではないと考えられていました」とダスグプタ氏は言う。しかし、問題があった。これらの原始的な隕石中の炭素と他の元素（窒素や水素など）の比率は、地球の非核物質（別名ケイ酸塩地球）で測定された比率よりも常にずっと低かったのだ。

研究チームがこの謎について深く考えるにつれ、新たな仮説に落ち着き始めた。これらの元素は、硫黄を豊富に含む核を持つ惑星サイズの天体によって地球にもたらされたという仮説だ。硫黄を豊富に含む核から惑星が成長する地球化学プロセスにより、炭素と窒素は中心から離れて表面に向かって移動する。この仮説は、この惑星サイズの天体と地球が衝突した後、地球の珪酸塩層に炭素と窒素がはるかに多く含まれる理由を説明するのに役立つだろう。

「言い換えれば、地球上の生命に不可欠なすべての元素の相対的な予算を説明できる単一の配送メカニズムが存在するかどうかに答えようとしていたのです」と彼は言う。

硫黄を豊富に含む惑星の核形成における高圧高温条件をシミュレートした実験室実験がこの考えを裏付けた。炭素と窒素の濃度は、溶解した硫黄を豊富に含む金属核に閉じ込められるのではなく、初期の惑星の外層にあるケイ酸塩に向かって優先的に移動する。

そのような惑星が地球に衝突すれば、これらの揮発性物質を地球に運ぶには最適な乗り物となるだろう。研究チームは、太陽系の歴史について私たちが知っていることを再現するコンピューターシミュレーションを10億回以上実行した。最も可能性の高いシナリオは、硫黄を豊富に含む核（火星と同程度の大きさ）を持つ惑星が地球に衝突し、ケイ酸塩の地球に見られる炭素と窒素の濃度を地球に与え、それが後に生命の進化を加速させたというものだ。

さらに、そのような衝突の規模は、基本的に月を形成する衝突の規模に匹敵するだろう。

「点と点を結び付けました」とダスグプタ氏は言う。「炭素、窒素、硫黄が最後の巨大衝突によって形成されたと示唆していることを考えると、同じ衝突によって月も形成された可能性が高いと考えるのは理にかなっています」。この説明は、地球と月が共有する広範な地球化学的類似点をさらに説明するのにも役立ちます。

もちろん、この最新の理論が正しいかどうかを証明する方法は今のところありません。そのすべては、モデルに適合するか、あるいはモデルに反論するかの、より多くの地球化学データの収集によって決定されます。ダスグプタ氏はまた、この調査では、月の形成をもたらした衝突が地球の水の起源と関係があるかどうかについては明確に扱われていないと付け加えています。これは、それ自体が精力的に研究されている分野です。炭素、窒素、硫黄は、地球上の生命を可能にする構成要素のほんの一部に過ぎず、水の謎は、取り組む必要があるまったく別の問題です。

それでも、この発見は地球上の生命がどのように誕生したかを明らかにするかもしれないが、より興味深いのは、地球外生命の探索にどのような意味を持つかということだ。「居住可能性や化学的居住可能性という点では、岩石惑星は起源から生命を生み出し維持するために必要なすべての要素を備えている必要はない」とダスグプタ氏は言う。「他の惑星からの巨大な衝突によってその組成が変化し、生命を宿すのにさらに適したものになる可能性がある」

居住可能な可能性のある太陽系外惑星がどんどん発見されるにつれ、どの惑星にもっと注目する価値があるか、どの惑星に生命が存在する可能性が高いかを判断する必要が出てくるだろう。その判断の一部は、生命の進化のきっかけとなった化学反応に利用できる生命に不可欠な元素を表面にもたらした可能性のある衝突の歴史がどの惑星に多くあるかを理解することになるかもしれない。

月を誕生させたのと同じ激しい大変動が、数十億年後に地球上の生命誕生の基盤を築いたかもしれないとは、誰が想像したでしょうか?