科学者たちは、原始地球の熱水噴出孔付近で見つかった条件を模倣することにより、実験室で無機物から原始的な生命体を作り出している。

私それは生物学にとって最も差し迫った、そしておそらく最も混乱させる問題です。それは、約 350 万年前に地球上の生命がどのようにして誕生したのかということです。 チャールズ・ダーウィンは、すべてはどこかの「暖かい小さな池」から始まったのではないかと推測したことで有名ですが、彼がほぼ的中していた可能性があることが判明しました。

現在、多くの科学者は、熱水噴出孔と呼ばれる海底または潮汐帯の原始的なホットスポットが、生物の最も説得力のある起源地であると信じています。 火口からの水素を豊富に含むアルカリ性流体の湧昇は、おそらく初期の地球ではより一般的だったが、重炭酸塩や二酸化炭素を豊富に含む海水と結合して、有機分子の形成に優れた条件を作り出した可能性がある。 最近、著名な進化生化学者のニック・レーンを含む科学者は、多くの生物学的プロセスに必須のアミノ酸と原始細胞膜がこれらの通気孔の周囲で自発的に形成される可能性があることを示しました。 はるか昔に噴出口で覆われていたと考えられる地域で、世界最古の化石の一部を発見した研究者もいる。 しかし、実験室で単なる化学物質から持続可能な方法で生命を生み出すことができた人は誰もいません。

この発見は、宇宙のどこに隣人がいるのかを示している可能性がある。

現在、英国のニューカッスル大学の科学者らは、原始地球の噴出口近くで見られると考えられている圧力、熱、化学、流れの条件を模倣することによって、長い地球の形成を初めて再現することができたと発表している。鎖状カルボン酸 – 「脂肪酸」としても知られています。 これらの脂肪酸は、生命の最も初期の細胞形態、つまり「原細胞」に不可欠な原始的な膜を形成した可能性があります。

論文の共著者であるニューカッスルチームの生物地球化学者ジョン・テリング氏によると、科学者らは研究のために、初期の地球上で「我々が考えている状況の中心となる要素を再現」しようとしたという。 彼らは、溶存水素を溶液中の重炭酸イオンと組み合わせ、それを熱水噴出孔に関連する酸化鉄であるマグネタイトと混合し、それを構築した加圧流動反応器に 16 時間入れました。 科学者らによると、新しい研究は、溶液に圧力と連続混合、つまり「流れ」を加えたこと、そして有機分子を溶液中ではなく鉱物基質上で探したことが原因で、以前の研究とは異なっているという。 、磁鉄鉱。

この実験により、長鎖カルボン酸を含む有機分子の「スペクトル」が生成されました。 これらの長鎖の酸（体脂肪の重要な成分であるため脂肪酸と呼ばれることが多い）は、細胞膜の重要な前駆体であった可能性があります。 脂肪酸分子のクラスターは、細胞膜と同じように、水を引き寄せる面と水をはじく面を持つように自然に整列します。 これらのクラスターはまた、「実際の生きた細胞に非常によく似た」球形の二重殻を形成する傾向があるとテリング氏は言う。 内側にある水は中に留まり、外側にある水は外側に留まります。

科学者らは、材料を華氏約200度（沸騰より数度低い）の温度に保った。これは、350万年前の熱水噴出孔付近に存在したと推定される温度と同程度だ。 彼らはまた、化学反応に十分な水素が確実に参加するように計算した、地球の現在の大気中に見られる圧力の 16 ～ 18 倍の圧力も加えました。 水素は低圧ではほとんど反応しないが、脂肪酸を含む多くの有機分子の必須成分であるとテリング氏は説明する。

より高い圧力が結果の鍵となった、と彼は言う。 原始の地球では、その圧力は海面下数百フィートの熱水噴出孔の水柱によって及ぼされた可能性があります。

もう 1 つの鍵は、彼らが起こしたい化学反応の基質として鉱物磁鉄鉱を使用することでした。 研究チームは、脂肪酸を含む有機化学物質のほとんどが鉱物の表面で形成され、それらが消費されることなく反応を促進していることを発見した。 テリング氏によれば、以前の研究者らは溶液内で何らかの化学反応の生成物が生じることを予期していたようで、そこを調べたが成功しなかったという。

この発見は、地球上の生命の起源を理解するのに役立つだけでなく、宇宙のどこに隣人が存在する可能性があるかを私たちに示してくれるとテリング氏は言う。 彼らが研究室でシミュレートした反応は、今まさに太陽系の遠い衛星で起こっている可能性がある、と彼は言う。 土星の衛星エンケラドゥスと木星の衛星エウロパには、氷の地殻の下に液体の水の海があると考えられており、内部から加熱された熱水噴出孔がある可能性があります。 「これらは将来の研究に焦点を当て、海洋の化学的性質について学ぶのに非常に良い場所になるでしょう」と彼は言います。

土星のエンケラドゥスは、地殻の亀裂から液体の水のプルームを放出しており、おそらく必須の重炭酸塩を形成するのに十分な二酸化炭素を持っています。 そして科学者たちは、これらのプルームから大小の有機分子を検出しました。

地球上の原始生命の錬金術の理解に近づけば近づくほど、現在または宇宙の将来のある時点で、宇宙に隣人がいるかどうか、またどこに隣人がいるかについて、より多くのことがわかるようになるかもしれません。

リード画像: Honchar Roman / Shutterstock

• トム・メットカーフ

  投稿日: 2024 年 2 月 2 日

  Tom Metcalfe はロンドンを拠点とする科学ジャーナリストで、主に宇宙、エネルギー、考古学、地球、海洋について執筆しています。 彼は次のように書いています サイエンティフィック アメリカン、ナショナル ジオグラフィック、ライブ サイエンス、NBC ニュース、BBC ニュース、 その他。

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