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学生が研究室で宇宙塵を作り、生命の起源に光を当てる

ボトルの中に宇宙の一部を再現するというと SF のように聞こえるかもしれませんが、それはまさにリンダ ロスルドがやったことなのです。シドニー大学の材料物理学とプラズマ物理学の博士課程の学生であるロスルド氏は、単純なガスと電気を使用して、星や超新星の近くで通常見られる条件を再現し、微量の宇宙塵を生成しました。宇宙塵は宇宙の重要な構成要素です。それは星の形成に役割を果たし、生命の構成要素を構成する有機分子の触媒として機能します。塵は星間空間、つまり星と星の間の広大な領域に豊富に存在し、彗星や小惑星の中に埋め込まれています。しかし、宇宙からの粒子や岩石が絶えず地球に衝突しているにもかかわらず、その物質のほとんどは大気中で燃え尽きるため、地球上で研究することは困難です。隕石の形で残っているものはほとんどなく、発見や収集が不可能なことがよくあります。ロスルド氏は、研究室で宇宙塵を作ることで、地球上で生命がどのように始まったかを理解するための追加ツールを科学者に提供したいと述べた。「生命の起源のような大きな問題を検討するとき、私たちはその構成要素がどこから始まったのかを検討する必要があります」と彼女は言う。 「地球上のすべての炭素はどこでその生命を始めたのでしょうか。そしてアミノ酸のようなものを形成できるようになるためには、どのような旅を経なければならなかったのでしょうか?」アミノ酸は地球上に出現した最も初期の分子の 1 つであり、タンパク質の形成を含むほとんどの生命プロセスに関与しています。しかし、アミノ酸が地球上で形成されたのか、それとも別の起源、つまり宇宙で形成されたのかについては、大きな疑問があるとロスルド氏は言う。宇宙塵の類似物を生成することは、研究者が宇宙からのサンプルのみに依存することなく、地球上の生命をもたらした重要な化学に関するこの問題やその他の疑問を調査するのに役立ちます。「隕石の落下には非常に長い時間がかかり、塵を集めるのは非常に難しい。ましてや、瀕死の巨大な老星の近くで塵を集めるのは言うまでもない」とロスルド氏は付け加えた。その研究成果は先週、米国天文学協会の天体物理誌に掲載された。 「ですから、私たちは何かを学ぶ必要があります。たとえそれがほんの少しであっても、そこからより多くの情報が得られます。」実験室の宇宙塵は、電気で励起されるとさまざまな色に光る混合ガスで構成されています。 - リンダ・ロスルド/シドニー大学データベースの構築宇宙塵を作るために、ロスルド氏は窒素、二酸化炭素、そして炭素と水素から構成される無色無臭のガスであるアセチレンから始めました。共著者であるシドニー大学材料物理学教授デイビッド・マッケンジー氏とともに、彼女はガラス管から真空引きしてガスを導入した。その後、二人はガスに 10,000 ボルトの電気を 1 時間かけて印加し、「グロー放電」と呼ばれる一種のプラズマ、つまり電気を帯びたガスを生成しました。「ガス自体を横切る回路が完成しているので、ガスが励起され、電子が飛び散り、物体が結合、合体、凝集しようとする環境が生み出されます」とロスルド氏は語った。 「そして、それは非常に自然なプロセスです。それは星の周りで確実に起こっていることがわかっていることです。」その結果、数ミリグラムの「粉っぽいナノ粒子」ができたと彼女は付け加えた。 「粉塵を収集して分析するのは少し難しいので、私が実際にやっているのは、粉塵をシリコンウェーハ上に堆積させることです」と彼女は言いました。 「シリコンは非常に多くの理由から素晴らしい素材であり、それによって私たちはシリコンではなくウェハー自体の上にあるものだけを見ることができるのです。」ロスルドは合計で約 1 グラムの宇宙塵を生成し、分析のためにシリコン ウェーハ上に堆積させました。 - フィオナ・ウルフ/シドニー大学このプロセスの最終目標は、宇宙のような状態を再現することでした。 「私たちは、自然が行う複雑さを完全に実現することは決してできません。自然は常に私たちよりも優れています」とロスルド氏は言いました。 「しかし、私たちがやろうとしているのは、私たちの設定が巨星、超新星残骸、または新しい星雲の外皮を表すであろう、もっともらしい範囲の条件に到達することです。」このようにして作られた人工塵は、作られた直後の自然な状態の宇宙塵に似ています。ロスルド氏によると、塵が有機分子の触媒になったり、彗星や隕石に埋め込まれて最終的に地球に到達したりすると、塵は複数の化学プロセスを経ているため、研究室で元の状態の類似物が得られれば、科学者がその進化を理解するのに役立つ可能性があるという。研究者らによると、次のステップは、宇宙塵の生成条件を変えて、さまざまな種類のデータベースを構築することだという。 「私たちは、いつか私たちの塵がさらに本物に近づき、隕石のような特定の物体と『一致』できるようになることを願っています」とロスルド氏は語った。実験室で作られた宇宙塵を顕微鏡で見たときの様子が撮影されています。 - ビジェイ・バティア/リンダ・ロスルド/シドニー大学巧妙なテクニックスコットランドのヘリオットワット大学の化学物理学教授マーティン・マコーストラ氏は、宇宙塵の形成と性質を探ることは生命の起源の物語の重要な部分であると述べたが、この研究には関与していない。「化学的複雑さは、水素原子、一酸化炭素、水、およびダスト粒子上に堆積した他のいくつかの小さな分子という非常に単純な出発化学反応から進化した」とマッコーストラ氏は電子メールで述べた。同氏は、「この進化は実験室で再現できる」と付け加え、この研究は説得力があると述べた。コロラド大学ボルダー大学の物理学教授トービン・マンサット氏によると、研究者らは巧妙な技術を使って宇宙有機物質の形成史を再現したという。「最終的には、これが研究室での研究のすべてです。制御された条件下で類似物を再現し、それを自然界の理解に応用できるようにするのです」と、研究には参加していないムンサット氏は電子メールで書いた。この結果は、最終的に生命に寄与する原材料は、それが形成されるエネルギー環境によって形成されるという考えを裏付けるものであるとムンサット氏は述べた。この事実により、科学者は、小惑星、彗星、星間塵に含まれる有機化合物を単に化学的に均一なものとして扱うのではなく、それらに含まれる有機化合物の歴史を再構築できる可能性があります。この研究は、望遠鏡による観測と実験室での分析との間にある重要な溝を埋めるものであるとエール大学地球惑星科学部助教授のダマンヴィール・グルワル氏は述べたが、彼もこの研究には参加していない。この実験は、有機物が宇宙でどのように進化するのかについての現在のモデルをテストするための良い出発点となると、グルワル氏は電子メールで付け加えた。「この発見は、複雑な有機物が恒星環境で容易に形成され、それが私たちの太陽系に特有のものではないことを示唆しています」と彼は述べた。 「これらの物質が広範囲に普及している場合、生命に不可欠な化学構成要素が銀河全体の惑星系で利用できる可能性が高いことを意味します。」> の Wonder Theory 科学ニュースレターに登録してください。興味深い発見や科学の進歩などに関するニュースで宇宙を探検しましょう。> のニュースやニュースレターをさらにご覧になるには、>.com でアカウントを作成してください。 #学生が研究室で宇宙塵を作り生命の起源に光を当てる