火星での生命の発見に欠陥はあるのでしょうか?新たな研究が恥ずかしい可能性を明らかに

制作：中国科学普及協会

著者: 馬暁俊

プロデューサー: 中国科学博覧会

1970年代にバイキング計画が開始されて以来、人類は火星に生命の兆候を見つけようと努めてきた。しかし、半世紀が経ち、各国の火星探査プロジェクトの継続的な努力にもかかわらず、火星ではごく微量の単純な有機分子しか発見されていません。この証拠は、火星に生命が存在すると主張するには到底不十分です。先週、ネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された新たな研究によると、火星探査車に搭載された探知装置の能力が限られていることが、火星に生命が存在する証拠を発見するのを妨げるボトルネックとなっている可能性があるという。 **簡単に言えば、発見されていないということは火星に生命が存在しないということではなく、検出装置の性能が十分でないということも考えられます。

ロゼッタ探査機が撮影した火星の写真

(画像提供: ESA および MPS、OSIRIS チーム)

火星 - 地球の姉妹惑星

火星は太陽系の4番目の惑星であり、2番目に小さい惑星であり、多くの点で地球と非常によく似ています。火星の平均気温は-63°Cですが、季節によっては気温が20～35°Cまで上昇することがあり、これはすでに人類が生存できる居住範囲内です。この赤い惑星の大気は主に二酸化炭素で構成されていますが、非常に薄く、気圧は地球のわずか 1% です。さらに、火星には大量の固体水資源が蓄えられており、将来の人類の移住先としても有望な場所となっています。多くの研究結果から、火星には微生物などの下等な生命体が存在した可能性がある、あるいは存在したことがあるということが示されており、これが世界中の国々が火星探査に熱心である重要な理由の 1 つです。

地球と火星の大きさの比較

(画像出典: Wikipedia)

人類は過去数十年にわたり、周回、接近通過、着陸など、火星探査ミッションを数多く遂行してきました。火星に生命が存在するかどうかを検出することは、これらのミッションの中心的な使命の 1 つです。人間が打ち上げた探査機は、火星の表面、大気、地下、水文学的システムの詳細な観測と分析を実施し、火星に生命が存在するための条件や生命の証拠があるかどうかを探ることができます。彼らが搭載する生命探知機は、主に以下の原理に基づいています。

過去の火星探査ミッションの着陸地点の相対的な位置

(画像出典: Wikipedia)

まず、表面組成の検出。例えば、Zhurongが搭載する関連機器は火星表面の元素、鉱物、岩石の種類を分析することができ、火星が生命にとって適しているかどうかを判断する根拠を提供する。 2番目は、大気組成の検出です。例えば、メイブンが搭載する太陽風イオン分析装置などの機器は、太陽が火星の大気に与える影響を観測し、生命活動との関係を探ることができます。 3つ目は有機物検出です。キュリオシティやパーサヴィアランスなどの探査機が搭載する機器は鉱物の検出だけでなく、有機物の存在の証拠を見つけることもできます。

火星表面上のZhurongローバーと着陸機の写真。ローバーから放出された取り外し可能なカメラで撮影された。

（写真提供：中国新聞社）

実際、すべての火星探査車は複数の探査機器を同時に搭載します。忍耐力を例に挙げてみましょう。搭載している探知機器は非常に豊富で多様です。

Mastcam-Z: マストに設置されたズーム パノラマ カメラで、高解像度のパノラマ画像やステレオ画像を生成できます。

MEDA: 温度、風速、風向、気圧、湿度、塵粒子を測定できる小型気象観測所。

MOXIE: 二酸化炭素を使って火星の大気から酸素を抽出できる実験装置。

PIXL: 岩石や土壌の化学組成を分析できる蛍光X線分光計。

RIMFAX: 地下構造や地層を検出できる地質レーダー。

SHERLOC: 有機物や鉱物を検出できるレーザー画像システム。

SuperCam: レーザー、赤外線、音波を使用して岩石や土壌を分析する多目的機器。

パーセベランス火星探査車に搭載されたさまざまな科学搭載物

(画像提供: NASA)

では、これらのデバイスはどのように機能するのでしょうか?キュリオシティに搭載された火星サンプル分析 (SAM) 装置を例に挙げてみましょう。 SAM は火星の土壌や岩石に含まれる有機物やその他の化学成分を検出するために設計された機器です。その原理は、マイクロ炉を使用してサンプルを加熱し、放出されたガスを質量分析、ガスクロマトグラフィー、レーザー分光法で分析することです。これらの分析により、岩石サンプルにどのような成分がどのような形で含まれているかを非常に高い精度で判定できます。例えば鉄分は含まれていますか？鉄は単体として存在するのでしょうか、それとも化合物として存在するのでしょうか?それは酸化鉄ですか、それとも酸化鉄ですか?等

火星のサンプル分析 (SAM)

(画像提供: NASA)

火星に炭素系生命が存在する、あるいは存在していたとすれば、その死体や遺体、その他の残骸、さらには生命活動の際に外界に放出されたさまざまな物質が有機物の痕跡を残すことになる。そして、これらの有機分子に基づいて生命が存在する可能性を探ることができます。

微生物は火星でメタンを生成する可能性のある方法の一つである

(画像提供: NASA)

良いですが完璧ではありません。火星での生命の探査は依然として地球上の研究室に依存しているのでしょうか?

化学組成を探るという観点から見ると、このタイプの装置は火星の土壌や岩石の特性を理解するのに十分です。しかし、科学者たちは生命探査における同様の装置の有効性に疑問を抱いている。

人類は隕石を除いて実際の火星の岩石サンプルを入手することができていないため、当面は地球上で火星の生命を研究することは現実的ではありません。この最新の研究では、科学者たちは地球から採取した一連のサンプルを検査した。しかし、これらのサンプルは私たちの周りでどこでも見られる岩だらけの火山性土壌ではありません。彼らは、南アメリカ中央西海岸のアタカマ砂漠という極めて荒涼とした神秘的な場所からやって来ました。

パーセベランスが採取した火星の岩石サンプル

(画像提供: NASA)

ここで、科学者たちはレッドストーンと呼ばれる場所から理想的な研究対象を集めました。レッドストーンはアタカマ砂漠にあります。岩層はヘマタイトと泥岩が豊富で、バーミキュライトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物が含まれています。そのため、地質学的には火星に似ています。その名前である「レッドストーン」も火星と深い関係があります。最も素晴らしいのは、赤い岩石が1億～1億6千万年前に極度に乾燥した条件下で形成され、火星探査機パーセベランスが主に調査しているジェゼロクレーターと非常によく似た地質学的特徴を持っていることだ。論文の著者らが同時に公開したビデオから判断すると、レッドロックの地形は火星の地形と全く同じである。

レッドストーン

(写真提供: アルマンド・アズア＝ブストス)

科学者たちは、火星探査機器で使用されるものと同様の岩石組成分析方法を使用することに加えて、さまざまな生化学分析方法を使用してロードナイトのサンプルもテストしました。これらの技術により、岩石サンプルから DNA や RNA などの微生物の遺伝物質を直接抽出したり、培養してから抽出したりすることができます。これらの遺伝物質断片の進化分析を行った後、これらの微生物サンプルと既知の微生物との関係を判定することができます。

科学者たちを驚かせたのは、赤い石のサンプルの中に多数の微生物が存在し、これらの微生物の遺伝物質には現存する微生物と古代の微生物の特徴が混在していたことだ。さらに、これらの微生物の遺伝物質のほとんどは、人間によって認識され、説明されたことはありません。おそらく今のところ観測できない宇宙の「暗黒物質」にヒントを得て、科学者たちはこの種の微生物を「暗黒微生物群集」と呼んでいる。

火星探査車に搭載されていたものと全く同じ分析装置を地球上で見つけることは不可能ですが、科学者たちはキュリオシティに搭載されていたSAMと同様の装置を使用して、レッドストーンサンプル上の生命の兆候を検出しました。結果は、SAM のような機器は赤い石のサンプルの鉱物組成をうまく取得できるものの、決定的な証拠的重要性を持つ遺伝物質はおろか、サンプル内の微量の微生物有機物も検出できないことを示しました。

火星のジェゼロクレーターの写真

(画像提供: NASA)

そのため、科学者たちは、現在火星探査車に搭載されている機器や技術では、微生物の特定の遺伝物質の断片を解読するどころか、火星の岩石中に同様の含有量を持つ有機物を検出することさえ困難、あるいは不可能であると主張している。簡単に言えば、火星に生命が存在するかどうかを知りたいのであれば、サンプルを地球に持ち帰らなければなりません。結局のところ、各国の火星探査機がいかに先進的であったとしても、搭載する機器の機能は、地球上の研究室にある各種の大型機器には決して匹敵するものではない。さらに、最先端の機器を小型化、高信頼性、長寿命、メンテナンスフリーにするには、性能面での妥協は避けられません。一方で、火星探査装置上で微生物を培養することは難しく、培養によってもたらされる遺伝物質の増幅こそが検出を容易にするのだ。

しかし、理想は満ち溢れ、現実は乏しい。人類は月から大量の土壌サンプルを入手したが、火星からは土壌や岩石を入手することができなかった。結局のところ、月と比べると火星は遠く、宇宙船が火星へ旅する際には数多くの困難や障害に遭遇するでしょう。帰還の際には、月よりも大きな重力と大気の抵抗を克服する必要があるため、人類はまだこの目標を達成できていない。しかし、2030年頃には中国、米国、欧州はいずれも火星から「熱い土」を持ち帰る計画を立てている。その時までに、火星に生命が存在するかどうかを判定する機会が得られるかもしれない。

パーサヴィアランス火星探査車が採取した火山性土壌サンプルの位置。このサンプルは、将来的に後続の探査機によって地球に持ち帰られる予定である。

(画像提供: NASA)

参考文献:

[1] 火星で生命を発見する上での課題は何ですか？国際研究によると、現在配備されている科学機器は感度が十分ではない

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1758537162727420797&wfr=spider&for=pc

[2] アタカマ化石デルタの暗黒微生物叢と極端に少ない有機物は火星の生命検出限界を明らかにする

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36172-1