新しい研究：海岸に打ち寄せる波から発生する小さな電気火花が地球上の生命の起源の火花である可能性がある

SF作品では、『フランケンシュタイン』で雷によって目覚めた怪物フランケンシュタインのように、生命の誕生に雷や雷鳴が伴うことがある。興味深いことに、科学界が過去に生命の起源について与えた説明の 1 つにも、雷鳴が関係しています。

しかし、新たな研究では、小さな電気火花でも生命を誕生させるのに十分である可能性が示唆されている。

空気中に水の霧を吹きかけると、小さな水滴が飛び散る際に微弱な電荷が発生します。これを科学者は「マイクロライトニング」と呼んでいます。米国のスタンフォード大学の研究者による最新の研究結果によると、こうした「微小雷」は、原始地球の大気中の無機物を、DNAやRNAの主要成分であるウラシルさえも含む有機物に変える可能性があるという。

ミラー・ユーリー実験の概略図。画像出典: Wikipedia

伝統的な理論: 雷は「生命の種」を生み出す

70年前、科学者のスタンリー・ミラーとハロルド・ユーリーは有名な実験を行いました。彼らはメタン、アンモニア、水素、水を混合し、それに電流を流すことで、初期の地球の状態をシミュレートした。

数日後、これらの無機物は奇跡的にアミノ酸などの生命を構成する有機分子に変化しました。この発見により、「雷が生命を創造した」というミラー・ユーリー仮説が生ま​​れました。古代の雷が海に落ち、化学反応を引き起こし、地球上に生命の種をまいたというものです。

しかし、この仮説は議論を呼んでいる。一部の科学者は、初期の地球では雷があまりに稀だったため十分な有機物が生成されず、また海中の化学物質は分散しすぎていて効果的な反応を生み出せなかったと考えています。それは一本のマッチで森に火をつけようとするようなものです。成功する可能性は低い。

水滴によって発生する微小な雷

この目的のために、スタンフォード大学の科学者たちは実験を通じてより合理的な説明を見つけました。それで、彼らはどのような実験を行ったのでしょうか?

研究チームはまず、噴霧または飛散した水滴に電荷を発生させる実験を行った。彼らは、大きい水滴は一般に正電荷を持ち、小さい水滴は負電荷を持つことを観察しました。

反対の電荷を持つ2つの水滴が近づくと、小さな火花が発生します。このプロセスは、エネルギーが雲の中に蓄積され、雷として放出されるプロセスに似ていますが、規模ははるかに小さいです。

こうした微小な稲妻の閃光を直接観察するのは難しいが、研究者らは高速カメラを使ってそれを捉えた。微小雷はサイズが小さいですが、十分なエネルギーを運びます。

研究者が模擬原始地球の大気に水を噴霧した実験の概略図。

その後、研究者らは窒素、メタン、二酸化炭素、アンモニアを含むガス混合物に水を噴霧する実験を行った。これらのガスは初期の地球に存在していたと考えられているため、原始的な地球の大気をシミュレートするために使用できます。最終的に、実験により、青酸、ウラシル、そして最も単純な安定したアミノ酸であるグリシンという重要な有機分子が生成されました。

研究者たちは、実験結果は、壮大な雷を必要とせず、水霧と空気の摩擦によって発生する微小な電荷だけで生命分子の合成が完了できることを示していると考えている。

「マイクロ雷」理論がより合理的である理由

従来の雷仮説と比較して、スタンフォード大学の研究者による「マイクロ雷」理論には2つの大きな利点があります。

まず、「マイクロ雷」現象がより一般的です。初期の地球では、水霧はいたるところに存在していました。波が岩にぶつかったり、滝が水に流れ落ちたり、雨滴が地面に落ちたりしても、帯電した水霧が発生しました。これらのマイクロリアクターはほぼ 24 時間稼働できます。

第二に、反応はより効率的です。高速カメラは、レーザーペンを使って光を集中させて紙に火をつけるのと同じように、マイクロ雷が局所的に集中してエネルギーを放出できることを示しており、これは広範囲に広がる雷よりも効率的です。

研究者らは、マイクロライトニング実験では、70年前のミラー・ユーリー実験で使用されたすべての主要な有機物質を、より穏やかで制御可能なプロセスで生成できると述べている。研究チームのメンバーの一人であるザレ教授は、「これは従来の仮説の多くの問題を解決し、生命の起源の物語をより合理的なものにする」と述べた。

水滴の微小雷の研究は生命の起源の筋書きを書き換えるかもしれないが、一見普通の現象の中に自然の謎が隠されていることも思い起こさせる。次に太陽の光にきらめく噴水の霧を見たら、40億年前にそこで生命の化学反応の魔法が起こっていることを想像してみてください。その一瞬の光は、生命の最初の火花なのかもしれません。

参考情報:

[1]https://phys.org/news/2025-03-microlightning-droplets-life-earth.html

[2]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt8979

編集者: Wen Xing

企画：Liu Ying、Zhang Chao、Li Peiyuan、Yang Liu

査読者：中国科学院遺伝学・発生生物学研究所研究員 馬潤林

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