はやぶさ2が持ち帰ったサンプルからアミノ酸が発見されました。これは地球外生命体が発見されたということでしょうか？

最近、宇宙航空研究開発機構の小惑星探査機「はやぶさ2」が小惑星リュウグウから地球に持ち帰ったサンプルの中にアミノ酸が含まれていることを発見したというニュースがありました。このニュースは、地球外生命体を見つけたいという人々の熱い思いを再び呼び起こした。

実際、宇宙に有機物が存在することは珍しいことではありません。 50年も前に、科学者たちは宇宙に有機物が広く存在することを発見しました。さらに、生命の化学的起源に関する現代の理論によれば、宇宙に有機物が広く存在することは驚くべきことではありません。

しかし、今回の画期的な点は「地球外で初めてアミノ酸の存在が確認された」ということだ。つまり、人類が独自に宇宙空間で小惑星のサンプルを入手し、小惑星のサンプルからアミノ酸を発見したのは今回が初めてであり、地球外でアミノ酸を発見したのは今回が初めてではない。

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驚かないでください、有機物は宇宙に広く存在しています

1969年、オーストラリアのビクトリア州マーチソン近郊の空から明るい火の玉が落ちてきました。それは落下する前に3つの大きな破片と無数の小さな破片に砕け散りました。人々は13平方キロメートルの範囲内で100キログラム以上の隕石の破片を拾い上げ、そのうち最大のもの2つはそれぞれ7キログラムと680グラムの重さがあった。これらの隕石はマーチソン隕石と名付けられました。

マーチソン隕石 画像出典: Wikipedia

1971年以来、科学者たちはマーチソン隕石の化学組成を研究し、隕石にアミノ酸が含まれていることを発見しました。グリシン、アラニン、グルタミン酸、イソバリン、擬似ロイシンなど、70種類以上のアミノ酸が含まれています。アミノ酸は生命を構成する必須の有機物質の1つであるため、この発見は科学者の地球外生命の探索に対する熱狂的な関心を呼び起こしました。その後の数十年で、研究者たちは地球に落下した他の隕石の中に、さまざまな生命の誕生に必要なさまざまなアミノ酸やその他の化学前駆物質を発見した。

これらの化学物質には、さまざまなアミノ酸、ポリオール、核酸塩基（プリン、ピリミジンなど）、芳香族化合物などが含まれます。2009年と2015年には、NASAとESAの彗星探査機が彗星でさまざまな有機化合物を発見しました。 2020年2月には、科学者らはアクフェル086隕石とアジェンデ隕石の中に鉄とリチウムを含むタンパク質を発見したと主張した[1]（議論の余地あり）。

科学技術の進歩により、科学者は隕石中の有機物を探すだけでなく、分光計を備えた望遠鏡を使用して、宇宙の星雲、分子雲、宇宙塵に含まれる多環芳香族炭化水素、フラーレン、芳香族脂肪族混合有機物、アセトアルデヒドアルコールなどのさまざまな有機物のスペクトルを観測するようになりました。これらの有機物には何百種類もあります。

これらの発見から判断すると、アミノ酸を含む有機物は実は宇宙に広く分布していることになります。

では、なぜ宇宙にはこれほど多くの有機物が存在するのでしょうか?

これは実は自然な化学反応です。 NASAの科学者たちは、この化学反応は宇宙誕生から数十億年後に始まったと考えています。これは、星雲内の恒星の出現後、惑星の出現前に発生する場合が多かった。星雲内の炭素元素は宇宙放射線と星の作用を受けて多環芳香族炭化水素を形成し始めました。これがすべての有機物の形成の始まりでした。 PAH は実際には炭素の環です。以下にいくつか例を挙げます。

ナフタレン、黒は炭素原子、灰色は水素原子 画像出典: Wikipedia

フルオレン、上記と同じ。簡単に言えば、多環芳香族炭化水素は繰り返し結合した炭素環です。画像出典: wikipedia

星の周りの化学反応による多環芳香族炭化水素 (PAH) の形成に加えて、脂肪族炭化水素も形成されます (PAH の炭素原子は環を形成しますが、ここでは炭素原子は鎖を形成します)。星間空間の様々な原子、イオン、分子、放射線の影響を受けて、水素化、酸化、水酸化され、アミノ酸やヌクレオチドの前駆体などのより複雑な有機物質に変換されます[2]。

これらの化合物は宇宙で生成された後、さまざまな岩石や氷の小惑星に付着して宇宙を漂います。これが、今日地球上で発見されるさまざまな隕石や、はやぶさ2号が持ち帰った小惑星リュウグウのサンプルに含まれるアミノ酸の由来です。

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エイリアンのアミノ酸が発見されました。私たちはエイリアン生命からどれくらい離れているのでしょうか?

主要な自然史博物館や科学技術博物館では、生命誕生の過程について語るとき、必ず最初に実験装置が展示されます。それがミラー実験です。アンモニア、メタン、水素、水、二酸化炭素などのガスを連続的に排出しながらボトル内で加熱し、冷却して得られた液体の中にアミノ酸を出現させます。その後の実験で、人々はペプチドやリボース、核酸塩基など、生命の形成に必要なさまざまな物質を得ました。

ミラーの実験プロセス 画像出典: Wikipedia

ミラー実験は地球上の化学進化のプロセスをシミュレートするものであり、先ほどお話ししたのは宇宙における化学進化のプロセスでした。これらはすべて、地球上でも宇宙でも、自然界では化学反応が自然に起こり、有機物が形成されることを証明しています。しかし、これは実際には生命誕生の第一歩に過ぎず、現実の生命にはまだまだ程遠いのです。

その後、さらに 3 つのステップが続きます。小さな有機分子が有機高分子に組み立てられます。有機高分子は多分子系に組み立てられます。そして、多分子システムが互いに組み立てられます（これは決定的なステップであり、その中で最も重要なのは細胞膜システムの形成と核酸の膜への侵入です）。つまり、アミノ酸から生命に至るまでには、まだ長い道のりがあるということです。

画像出典：参考文献[3]

また、宇宙に存在するこれらのアミノ酸は、宇宙空間に有機物が広く存在することを示していますが、実際には、宇宙空間が生命の形成に十分安定した環境を提供することは困難です。科学者たちは、隕石中に見つかったアミノ酸の構成が、生命を構成するアミノ酸の構成と同じではないことを発見したからです。

まず、隕石と地球上の同じ有機物との間には分子構造の違いがあります。それらの多くは異性体（同じ分子式だが構造が異なる）である[4]

トリクロロビフェニル異性体の模式図 画像出典: Wikipedia

第二に、隕石由来のアミノ酸と地球上のアミノ酸の間にはキラリティーの違いがあります。キラリティーとは何ですか?ちょっとした実験をすれば理解できます。左手と右手を上げると、手のひらが合うようになります。しかし、手のひらを下にして左手と右手を合わせると、もう合わなくなることがわかります。これがキラリティーです。地球上のアミノ酸は左利きの構造しかありませんが、隕石中のアミノ酸は左利きと右利きの両方の構造を持っています[4]。

アミノ酸のキラリティー 画像出典: Wikipedia

3 番目の疑問は、生命を形成する化学進化のプロセスでは、より多くの有機物が必要になる可能性があるということです。これらの隕石は生命の進化に十分な有機物を提供できるでしょうか?初期の地球のようなより大きな惑星でのみ、化学進化が継続できる安定した熱水環境が存在する可能性がある。

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地球外生命体は存在するのでしょうか？

2017年、科学者たちはカナダのケベック州の海岸でいくつかの微生物の化石を発見した。これらの微生物は当時地球上の深海熱水噴出孔の近くに生息していた好熱細菌であった[5]。この発見はNature誌に掲載されました。

初期の地球上の化石微生物の写真。画像出典：参考文献[5]

彼らは37億7千万年前から42億2千万年前に生息していたと推定されています。これはどういう意味ですか？当時、地球は誕生してまだ3億～8億年ほどで、激しい衝突の時代という非常に過酷な時期を経験していました。重爆撃期には、地球は頻繁に小惑星の衝突を受けました。この期間中に小惑星の激しい衝突により、地球の体積は約 10% 増加したと推定されています。

画像提供: NASA

このような過酷な環境にもかかわらず、地球上に生命が急速に誕生しました。

今回発見された隕石中の有機物は、地球上の生命が地球外起源であることを証明したわけではありませんが、宇宙空間における有機物の存在は比較的一般的であり、条件が整えばさまざまな有機物が形成される可能性があることを示しています。そうすると、地球のような居住可能な惑星がある限り、生命が存在する可能性は非常に高い、あるいはもっと極端に言えば、地球外生命が存在するに違いない、という小さな推測をさらに立てることができる。

したがって、地球外生命を探索する過程で、科学者はまず居住可能領域という要素を考慮することになるでしょう。居住可能領域内では、惑星上の水は液体の形で存在することができます。この液体の水は、間違いなく化学進化のための安定した環境を提供し、原始的な生命の生存環境を提供します。

さまざまな恒星の居住可能領域。大きくて熱い星のハビタブルゾーンは遠くまで広がっており、小さくて冷たい星のハビタブルゾーンは近くて狭い。画像提供: NASA

しかし、これらの太陽系外惑星は私たちの現在の技術では遠すぎます。太陽系外惑星での生命の発見に多大な労力を費やす代わりに、今は太陽系内で地球外生命を探す方が良いでしょう。太陽系の中で生命が発見される可能性が高い場所は、太陽系の居住可能領域の外側に位置する火星です。現在は干上がっているが、科学者の研究によれば、30億年前には実際に地表水が存在していたという。地球にはまだ地下水と地底湖があり、北極と南極には広大な氷床さえあります。

画像出典：参考文献[6]

地球と火星の進化の歴史を比較すると、化学進化論によれば、火星に生命が存在する可能性が非常に高いことがわかりますが、この生命体はまだ比較的原始的であり、地球上の細菌や古細菌に似た古代の生命である可能性があります。

画像ソース: 自家製

火星のどこかにはまだ火星生命が存在する可能性があり、地球からその証拠を得ることができます。 1970 年以来、科学者たちは地球上の極限環境に生息する多くの微生物を発見してきました。その中には、極度好熱菌、好冷菌、好塩菌、好酸性菌、好アルカリ性菌などが含まれます。微生物は、光がなく、極度の温度と圧力がある地下 10 キロメートル以上の岩の割れ目にも存在します。これらの極限微生物は生命の範囲を広げ、火星にまだ生命が存在すると信じる根拠を与えてくれます。

地球上の古細菌はこれらの生物に似ており、火星に生命が存在するとすれば、これらの生物に似ている可能性があります。画像出典: wikipedia

著者: 重力

プロデューサー: 中国科学博覧会

参考文献:

[1]McGeoch M、Dikler S、McGeoch JE M. ヘモリチン：鉄とリチウムを含む隕石タンパク質[J]。 arXiv プレプリント arXiv:2002.11688、2020。

[2]グディパティ、ムルティS.楊瑞（2012年9月1日）。 「天体氷類似体における有機物の放射線誘起処理のその場調査 - 新しいレーザー脱離レーザーイオン化飛行時間質量分析研究」。天体物理学ジャーナルレター。756(1): L24。Bibcode:2012ApJ...756L..24G.doi:10.1088/2041-8205/756/1/L24。

[3] 江南生命の起源以前のアミノ酸の合成[D]。吉林大学、2013年。

[4] 楊晶、林陽庭、欧陽紫源。地球外有機化合物[J]地球科学フロンティア、2014年、21(06):165-187。

[5]ドッド、M.、パピノー、D.、グレン、T. 他。地球最古の熱水噴出孔の沈殿物に見られる初期生命の証拠。ネイチャー543、60–64（2017）。

[6] 趙建南火星南部の古代湖の地質学的特徴と古気候環境への影響[D]。中国地質大学、2017年。