深海の熱水噴出孔、水を蓄えるクレーター...私たちの「ゆりかご」はどこにあるのでしょうか?

深海の熱水噴出孔、陸上の火山性温泉の温かいプール、水を蓄えるクレーター...地球上の生命はどこで誕生したのでしょうか?これは科学界で長年にわたり論争の的となってきた話題です。

最近、中国科学院南京地質古生物学研究所の科学者らが率いる国際研究チームが、国際的に有名な学術誌「ネイチャー・コミュニケーションズ」の最新号に共同で論文を発表し、初期地球の陸上熱水泉の硫化鉄が生命の起源の重要な化学的根拠を提供したと主張した。

ダーウィンの「仮説」の検証

1871年、ダーウィンはイギリスの植物学者フッカーに次のように書き送った。「私たちは、いくつかの暖かい小さな池にさまざまなアンモニウムとリン酸の物質がある状況を想像します。光、熱、電気などの条件下で、化学的にタンパク質化合物が形成され、その後、より複雑な変化が起こるでしょう。」

その後、アメリカの科学者ミラーの実験によってダーウィンの先見の明が証明された。しかし、ダーウィンが提案した小さな池は正確にはどこにあるのでしょうか? 1977年、米国の潜水艇アルビン号が東太平洋の水深1,650～2,610メートルまで潜航し、研究者らは驚くべき「黒い煙突」とその周囲に生息するさまざまな熱水生物を発見した。高温、高圧、還元物質が豊富な極端な環境では、特に熱水噴出孔において、明らかな化学物質の濃度勾配と水温変化勾配が存在します。

そのため、深海熱水噴出孔における微生物の生息環境は、地球形成初期の環境と非常によく似ています。特に、熱水噴出孔で発見された超好熱性微生物は、「進化樹」（生物学では、種間の進化関係を表すために使用される）の根源となる微生物です。その結果、生命は深海の熱水噴出孔から誕生したという仮説が今日まで広く信じられてきました。

「黒い煙突」仮説は正当化が難しい

2020年、中国の科学者らは、西太平洋の深海熱水域で超臨界二酸化炭素（多量の窒素と有機分子を含む）が初めて発見されたとする論文を発表した。窒素の発見は、生命が深海で誕生した可能性を示唆している。

しかし、「黒い煙突」仮説については、正当化するのが難しい疑問がいくつかあります。まず、科学者が海底熱水噴出孔における有機物の合成をシミュレーションしたところ、この種の化学反応はアルカリ性環境により依存していることがわかりましたが、実際には、海底熱水噴出孔付近の環境は典型的な酸性環境です。つまり、海は生命を維持するのに役に立つかもしれないが、生命が誕生するのに理想的な場所ではないのです。

第二に、科学者たちは、細胞がどんな種類の生物に属していても、その細胞にはすべてリン酸、カリウム、その他の金属が大量に含まれており、細胞内のカリウム含有量はナトリウムの10倍であることも発見しました。海水中のナトリウムイオン濃度は高く、カリウムイオン濃度は低い。明らかに、これは生命が海で生まれたという仮説を支持するものではありません。活火山の近くの地熱池には、上記のすべての金属が含まれています。さらに、一部の科学者は、リボ核酸（RNA）が紫外線下でも安定した状態を保つことができることに気付きました。これは、生命が最初に海の深部ではなく、紫外線が豊富な地球の表面に出現した可能性があることを意味します。

火山性温泉は太陽光にさらされているため、太陽エネルギーを受けて化学反応に必要なエネルギーを供給できるだけでなく、生命に必要な分子物質の蓄積も促進されます。火山の温泉から水が蒸発すると、希薄な溶液でも非常に濃くなり、単純な分子が複雑な分子に重合しやすくなります。温泉には乾湿のサイクルがありますが、原始的な細胞を脱水し、複雑な細胞小器官の生成に適した環境を作り出します。しかし、海底熱水噴出孔などの環境に存在する変数は、多様な細胞小器官の形成をサポートするのに十分ではありません。

近年、科学者らは、生命は水を蓄えるクレーターや、小惑星の衝突によって生じた温泉に似た熱水系で誕生した可能性があるとも提唱している。しかし、海底熱水噴出孔であれ、陸上の火山性温泉であれ、生命の起源についての探究と論争はこれからも続き、一歩一歩真実に近づいていくでしょう。

（著者の馮衛民は中国科学院南京地質古生物学研究所の研究員であり、南京古生物学博物館の名誉学芸員である）