地球上の生命の構成要素は比較的少量の原材料から作られる

私たちが知る生命の進化の重要な要素の1つは、「揮発性物質」の存在です。これは、比較的低温で簡単に蒸発できる元素や化合物です。つまり、これらの揮発性物質がどこから来たのか、そして地球がそれらを異常に豊富に含んでいるかどうかを理解することは、生命を可能にするものを理解する上で非常に重要です。そして、10月11日にScience Advancesに発表された新しい研究によると、揮発性物質のほとんどは、地球を形成した物質の比較的小さな割合に由来しているようです。

惑星は、微惑星と呼ばれる小さな物質の塊が徐々に集積して形成されます。微惑星には、分化と未分化の 2 つの基本的なカテゴリがあります。どちらも、研究の筆頭著者である Rayssa Martins 氏が「大きな塵の塊とその他の小さな岩石のかけら (多くの場合、ゆるく) くくり合った状態」と表現している状態から始まります。未分化微惑星は基本的にこの状態のままですが、分化微惑星は、その構成部品がすべて溶け合うほどの熱にさらされているのが特徴です。

この融解は、アルミニウムの不安定同位体であるアルミニウム 26 (Al-26) の放射性崩壊によって引き起こされます。崩壊すると、Al-26 は非常に多くの熱を発生し、基本的に周囲の物質を溶かします。「このプロセスで、多くの揮発性物質が脱ガスされます」とマーティンズ氏は説明します。揮発性物質は気化すると、宇宙に漂って消えていきます。「これらの小天体の重力が低いため、失われます。」

幸いなことに、太陽系の Al-26 はすべて非常に早い段階で崩壊し、地球に生命の進化に必要な揮発性化合物を供給するのに十分な未分化物質が残りました。そして、Al-26 は一度なくなると、もうありません。この同位体は、水素をすべて燃やし尽くし、爆発的な最終瞬間に向かって突き進んでいる星の中心部で生成されます。

つまり、Al-26 は星形成領域で見つかるということです。星形成領域では、死んだ先祖の散らばった残骸から新しい星が合体しますが、現在の太陽系のような比較的静かで穏やかな環境では見つかりません。マーティンズ氏は、「Al-26 は銀河系で新しい星や惑星が形成される領域で継続的に生成されていますが、必ずしもその惑星の一生を通じて同じ惑星系に継続的に注入されるわけではありません。超新星に繰り返し襲われていたら、私たちにとって非常に不都合です」と説明しています。

マーティンズ氏と彼女のチームの研究では、地球の亜鉛の起源が調べられました。彼らは、地球の質量の約 70% が分化した微惑星の集積から来ている一方で、その分化物質が供給する亜鉛は地球の 10% に過ぎないことを発見しました。これは、分化した微惑星から形成されなかった地球の 30% が、地球上の揮発性化合物の大部分の起源であることを示唆しています。「この物質がなければ、揮発性化合物の在庫ははるかに少なくなるでしょう。」

これがどれだけ幸運だったのか、そして地球は他の惑星系の類似惑星と比べて揮発性物質が異常に豊富であるかどうかという疑問は、未解決のままである。「時間以外にも、惑星がどれだけの[分化物質と未分化物質]を集積するかを決定する要因はいくつかあります（つまり、異なる太陽中心距離間の物質の混合と移動）。Al-26が太陽系全体に均等に分布していたのか、それとも一部に集中していたのかについても、まだ議論が続いています。」

同様に、他の太陽系でも、理論的には生命を維持できるものの、生命を維持するための要素がない状態で形成された地球のような惑星が見つかる可能性は確かに考えられる、とマーティンズ氏は言う。「この研究は、居住可能な惑星を形成するには多くの基準を満たす必要があることを強調しています。生命を探すとき、私たちは通常、いわゆるゴルディロックスゾーンにある惑星を探します。なぜなら、そのような惑星は表面に液体の水を維持できた可能性が高いからです。しかし、それは最初から水やその他の揮発性物質があったことを前提としており、実際には惑星は最初からかなり乾燥している可能性があります。私たちの研究は、そのようなシナリオの可能性について実際に教えてくれるわけではありませんが、少なくとも可能性はあります。」