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地球上の生命はどのように始まったのでしょうか? ひび割れが鍵だったのかもしれない。

1950 年代初頭の画期的な実験で、科学者は試験管内で初期の地球の状態を再現しようとしました。スタンレー・ミラー氏は、この若い惑星の大気と海洋で渦巻いていると考えられるいくつかの単純な成分を相互に接続されたフラスコに加え、熱を加え、電気でザッピングして雷をシミュレートしました。 この発見はすぐに有名になりました。この原始的なスープから、生命の化学的構成要素であるアミノ酸が出現しました。この発見は、人類が直面する最大の科学的疑問の 1 つである「地球上の生命はどのように始まったのか?」の答えを得るのに役立つ可能性のある実験を考案するという化学と生物学の探求を開始しました。今回、ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学の科学者たちは、生命にとって重要なより複雑な分子が初期の地球の基本成分からどのように合成されたかを示すことで、刺激的な一歩を踏み出した。『ネイチャー』誌に掲載された研究では、科学者らは試験管を、岩石に自然に形成される亀裂に似た枝分かれした亀裂の小さなネットワークに交換した。 彼らは、亀裂に水を主要な化学構成要素とともに流し、熱を加えて、海の熱水噴出孔付近や地熱プール近くの多孔質の岩石の中で起こり得る現象と同様のプロセスを模倣した。彼らは、これらの地質ネットワークを流れる熱が分子を分類および濾過し、生命に不可欠な生体高分子と呼ばれるより長い鎖の生成を助けていることを発見しました。「これは、単純な物理的プロセスがこのようなことを行うために機能するという素晴らしい実証です」と、この研究には関与していない南フロリダ大学の地球科学教授マシュー・パセックは述べた。生命がどのように始まったかという問題は非常に大きな問題であるため、科学をさまざまな分野に分割する従来の境界を超えています。 化学者、生物学者、天体物理学者、地質学者は皆、テーブルに着いてこの質問に答えようとします。ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学の生物物理学者であるクリストフ・マストは、これらの境界を埋めることに興味を持っていた。彼の研究室は、生命を生み出す「前生物化学」が起こる条件にやや近い実験装置を設計した。科学者たちは何十年もの間、初期の地球はビーカー、完璧なタイミングでの精製ステップ、濃縮された原料のストックを備えた、手付かずの実験室ではなかったという問題と格闘してきた。 実験室で生命の化学反応を再現することは別のことですが、フラスコの中で実行可能な実験は、現実世界の混乱した条件下ではせいぜい不可能かもしれません。「プレバイオティクスの地球、このプレバイオティクスのスープは非常に希釈されており、これらすべての異なるものが非常に制御不能な方法で反応していることを考えてください」とマスト氏は言いました。これまでの問題の 1 つは、研究室での化学反応によって副生成物が生成されることが多く、それが自ら望まない反応を開始し、科学者に重要な材料がほんの少量しか残らないことです。 それでは、初期の地球はどのようにして生命が誕生するのに十分な量のこれらの構成要素を醸造したのでしょうか?それを理解しようとすると、 研究者らは、相互に接続された亀裂の分岐ネットワークを切断して、 FEPと呼ばれる不活性なテフロン状の物質を2枚のサファイアプレートの間に挟みました。 サファイアが持ち込まれたのは、 正確な しかし これは、おそらく火山や熱水噴出孔の近くなど、初期の地球上での熱の流れを模倣するものです。 次に、水と基礎化学物質の構成要素を亀裂ネットワークに流し、何が起こるかを観察しました。ある概念実証実験では、最も単純なアミノ酸であるグリシンと、反応して 2 つのグリシン分子を結合できる TMP と呼ばれる物質が使用されました。マスト氏によると、このような反応は水中では困難であり、TMPは初期の地球では非常にまれであったという。 これらの成分をビーカーの中で、あるいは地質の亀裂の中で熱を加えずに混合しただけでは、生成されるより複雑な生体高分子の量は「無視できるほど少ない」と研究者らは報告した。しかし、亀裂に熱勾配を適用すると、生体高分子の生産量が大幅に増加しました。 それは重要なことです。 アミノ酸は重要ではありますが、生命にはまだ程遠いのです。 たとえば、これらと同じ基本的な構成要素が生命のない隕石からも発見されています。「物事を次のレベルに引き上げるためには、ポリマーの製造を開始する必要があります。これは、生命の次の領域を作るための基本的なステップです」とパセク氏は語った。鍋も忘れずにこの設定では、生命がどのように始まったのかという究極の疑問、つまり地球の表面に存在していた可能性のある池の中にいたのか、それとも深海の熱水噴出孔に似た熱水噴出孔の近くにいたのか、という問いには踏み込むことができない。 マスト氏によると、岩石を横切る熱流束はさまざまな地質環境で発生する可能性があり、初期の地球ではおそらく「遍在」していたという。しかし、この実験装置は、地球上の初期の化学に関する他の疑問をテストするために使用できます。 マストは次に、地質材料から亀裂のネットワークを作成し、接続されたチャンバーのより大きなネットワークを構築したいと考えています。この研究は、エレガントな化学実験では、原始的なスープの基本的な部分である鍋を無視できる可能性があることを改めて思い出させます。2021年、科学者チームは、1950年代の有名な実験において、試験管自体、あるいはむしろ試験管の材料であるホウケイ酸ガラスが結果に影響を及ぼしていたことを発見した。これらの科学者がガラスのフラスコ、テフロンのフラスコ、そしてホウケイ酸ガラスを少し加えたテフロンのフラスコで実験を繰り返したところ、ガラスが反応を触媒する重要な成分であることがわかりました。「言い換えれば、『原始スープ』を調理するにはキャセロールが重要だということだ」と、実験に関わったスペインのドノスティア国際物理センターのフアン・マヌエル・ガルシア＝ルイス教授は電子メールで書いた。 彼は新作の想像力豊かなアプローチを賞賛した そしておそらく最も重要なことは、「地質学的に妥当性がある」ということです。「これが唯一のメカニズムではないかもしれませんが、機能しており、独創的であり、何よりも実験的なデモンストレーションです」とガルシア・ルイス氏は語った。 「生命が誕生したときの地球の地球化学的状況を調査するには、より実験的なアプローチが必要だと思います。」 #地球上の生命はどのように始まったのでしょうか #ひび割れが鍵だったのかもしれない