検出が難しい微生物の「遊泳」は、実は地球外生命体を探る「新たな鍵」なのか？

著者: 黄祥紅段岳中

広大な宇宙において、人類は他の生命体の探究を決してやめませんでした。この探究は、未知への好奇心を抱くだけでなく、生命の本質と起源に対する深い追求も含んでいます。地球外生命体は存在するのでしょうか？それらはどのような形で存在するのでしょうか?彼らはどのような環境で暮らすのでしょうか？これらの疑問は常に科学者の心に残り、宇宙生物学研究の継続的な進歩の強力な原動力となっています。最近、微生物の「遊泳」に関する研究成果が、地球外生命の謎を解明する新たな希望と可能性をもたらしました。

2月6日、ドイツの宇宙生物学者チームが、極めて革新的な研究結果を「Frontiers in Astronomy and Space Science」誌に発表した。彼らは、微生物の活動を検出するための新しい、よりシンプルでコスト効率の高い方法を提案しました。これは、将来の地球外生命体探知ミッションに重要な技術的サポートを提供する可能性があります。歴史的に、微生物の動態をテストすることは、コストがかかるだけでなく、時間と労力もかかる困難な作業であり、ロボットによる宇宙ミッションに適用することは困難でした。ドイツの宇宙生物学者チームの研究結果は、間違いなくこの困難な問題を解決する上で大きな進歩となるでしょう。

この研究では、研究者らは枯草菌、擬似プランクトンであるプロテオモナス、火山性藻類という3つの特定の微生物に焦点を当てました。これらの微生物は、極端な温度、圧力、または化学的条件に耐える並外れた能力を備えた「極限生物」です。地球上のさまざまな過酷な環境で繁栄する能力があることから、宇宙生物学者は、地球外生命体の探索において重要な手がかりを提供できる可能性があると考えている。結局のところ、これらの微生物が地球の極限環境で生き残ることができるのであれば、宇宙のどこかにある、一見似たような異星の環境にも同様の生命体が存在する可能性が高い。

研究者たちはシンプルだが独創的な実験を設計した。研究者たちは、2室顕微鏡スライドの片方の仕切りに微生物が入った水滴を置き、もう片方の仕切りにL-セリンを豊富に含んだ水溶液を置いた。 L-セリンはタンパク質の合成と細胞の増殖に不可欠なアミノ酸です。その後の3時間にわたる別個の実験で、研究者たちは興味深い現象を観察しました。3種類の微生物すべてが活発になり、最初のチャンバーからL-セリンを含む側へと泳ぎながら移動し始め、L-セリンの「パッチ」を形成したのです。生物が特定の化学物質に向かって移動したり、特定の化学物質から遠ざかったりする傾向を走化性といいます。

実験に使用された生物において、走化性の概念は、微生物が特に代謝の面で有用と思われる分子を感知し、そこに移動する能力であると、ベルリン工科大学の博士課程の学生であり、この研究の筆頭著者であるマックス・リックルズ氏は説明する。彼らは、この特別な設定により、走化性の視覚的および計算的側面の研究をはるかに簡単にすることを目指しています。この革新的な実験設計により、微生物の動きを促し監視する従来の走化性に基づく方法が直面していた困難が大幅に軽減されます。

NASAジェット推進研究所の宇宙生物学者クリスチャン・リンデンスミス氏は、これまでの化学走性に基づく方法には、信頼性が高く、安定的で予測可能な化学勾配を確立することが難しいなど多くの問題があり、顕微鏡の視野が非常に狭く、微生物の動きが熱混合や慣性ドリフトなどの外部要因の影響を受ける可能性があるため、まるで顕微鏡動物園を管理するかのように微生物の動きを観察することが非常に難しいと指摘した。この新しい実験では、2つの部屋を隔てるゲル膜が重要な役割を果たしました。この半透性ゲルは、実際には一方通行のバリアとして機能し、一方の側では微生物が比較的速く通過できるようにしながら、もう一方の側への L-セリンの浸透を遅くすることで、微生物の移動意欲を維持します。ポートランド州立大学の宇宙生物学者で物理学教授のジェイ・ナドー氏は、この設定は「良い選択」だと同意した。なぜなら、この設定により微生物の活動を特定しやすくなり、特に、微生物がL-セリン側に入るとバリアが微生物を阻止できるからだ。

ナドー氏とリンデンスミス氏は両者とも、こうした技術の進歩が将来の宇宙探査ミッションに非常に有益になる可能性があると考えている。エウロパのような非常に寒い世界を探索するときの本当の疑問は、「もし地球外生命体が極めてゆっくりと泳いでいたらどうなるのか？」ということです。このような場合、従来の方法を使用すると、システムを継続的に監視して微生物の著しい増殖を監視する必要があり、これは困難で時間がかかります。この新しい方法により、科学者は栄養タンク内に微生物が存在するかどうかを確認するだけで、生命活動の兆候があるかどうかを判断できるようになります。

しかし、この方法が惑星間宇宙生物学ミッションに実際に適用されるまでには、まだ多くの課題が残っています。まず、地球上の在来生物は L-セリンやその他の類似の必須食品を好むかもしれませんが、これらの物質が生化学的に異なる外来生物を引き付けるという保証はありません。そのため、反対側に何を餌として置くかを考えることが、解決しなければならない難しい問題になりました。第二に、宇宙全体の生命の栄養メニューが同じであると仮定したとしても、この手法を実際の測定装置に適用する前に、新しいより大規模な実験を通じて技術をさらに改良する必要があり、異なる種の微生物やアミノ酸を使用して設計およびテストする必要があります。

困難にもかかわらず、この研究は間違いなく地球外生命体の探索に新たな道を開くものである。これにより、宇宙生物学研究における微生物の大きな可能性がわかり、将来の宇宙探査への期待も高まります。ナドー氏は「（宇宙生物学の）目標の一つは（他の惑星に）微生物を探しに行くことだが、その間にも地球上でできることは多くあり、それによって多くの洞察が得られるだろう」と語った。この新しい微生物検出法は、地球外生命体の探索に向けた将来の取り組みに役立つ可能性のある、シンプルだが重要な研究の好例です。

リンデン・スミス氏はまた、「宇宙で何が起こっているかは分からない。したがって、地球上の生命を観察するためのツールや技術を多様化することが重要な第一歩だ。他の惑星で有意義な研究を行う前に、地球上でこれらすべてのことを行えるようにならなければならない」と強調した。科学技術の継続的な進歩により、近い将来、人類は地球外生命体の謎を解明し、この偉大かつ挑戦的な科学的目標を達成できるようになると信じるに足る理由があります。

宇宙生命の謎を探るこの旅において、微生物の「泳ぎ」はほんの小さな手がかりに過ぎないかもしれませんが、それは私たちをまったく新しい世界、無限の可能性に満ちた宇宙生命の新しい分野へと導くかもしれません。科学者たちが今後の研究でさらなる飛躍的進歩を遂げ、人類の宇宙に対する認識と理解にさらなる驚きをもたらすことを期待しましょう。

参考: 小さな遊泳微生物は地球外生命の謎を解明するのに役立つでしょうか? |天文学と宇宙科学の最前線