4グラムの小惑星の塵の中に生命の秘密を見つけようとする科学者の探求

メリーランド州郊外にあるNASAゴダード宇宙飛行センターの味気ないレンガと鉄骨造りの建物34号館の中で、科学者たちは重大な結果をもたらすであろう一連のテストを行おうとしている。彼らは、昨年9月に121.6グラム、つまり5オンス未満の小さな積荷を積んだ宇宙船を地球に持ち帰ったOSIRIS-RExミッションの一環として、小惑星ベンヌからすくい取った約4グラムの岩石と土を調査している。ガスと塵の雲が太陽と惑星に凝集していた太陽系の創成時に存在していたゴダード研究所での分析を待つ土は、地球上で最も古い物質の一つである。宇宙船は、この土を集めるために7年を要したミッションで38億6千万マイルを旅した。

OSIRIS-RExの「O」は「起源」を意味し、この場合、地球上のすべてのものの始まりに当てはまります。「これは生命、海洋、そしてあなたが知っているすべてのものの原料です」と、現在スミソニアン国立自然史博物館に展示されているベンヌの極小片の2023年11月の公開でティム・マッコイは述べました。

博物館の隕石学芸員であるマッコイ氏は、博物館の鉱物科学部門で小惑星の他のサンプルを分析し、岩石の質感や含まれる鉱物の種類を分類して説明している。ゴダード宇宙生物学分析研究所に到着したばかりのサンプルは、異なる情報を提供するだろう。私は、この息苦しい6月の日に研究所を訪れ、ここの科学者たちがこの研究にどう取り組むのかを見守ってきた。

研究所所長のジェイソン・ドウォーキン氏とNASAのサンプルリターンミッションの上級科学者であるダニー・グラビン氏は、ホワイトルームと呼ばれる部屋のすぐ外で私と会った。ホワイトルームは、常時空気を濾過し、人員も限られているため、新生児集中治療室と同じくらい埃や細菌のない空気になっている。部屋には、透明なプラスチックでできた管理されたケースを上に載せたベンチが置かれている。私たちは、肉屋で冷蔵室とカウンタースペースを仕切るのに使われるような、厚いプラスチックの細片でホワイトルームと隔てられている。窓から、4グラムの小惑星が入った小さなガラスの小瓶が見える。一瞬、私たち全員がそれを見つめ、その希少性から光っているのではないかと半ば期待したが、それは非常に暗く、ほとんど黒く、灰のように見えた。「それはねばねばしている」とグラビン氏は言う。「ねばねばした粘土のような粘性がある。本質的には、地球で見られる粘土のようなものだ」

科学者たちが、2年間にわたってベンヌを周回したOSIRIS-REx探査機から送られてきたデータからわかっていることの1つは、この小惑星の長い歴史のある時点で、この小惑星は湿っていたということだ。また、地球上のすべての生命にとって不可欠な化学成分である炭素が豊富であることもわかっている。カーネギー科学研究所の分析チームは、このサンプルの炭素含有量が4.7パーセントで、同研究所がこれまで測定した地球外サンプル（隕石または帰還物質）の中で最も高いと報告した。そこで宇宙生物学分析研究所の出番がやってくる。

ここにいる科学者たちは、このような小惑星がどのようにしてこの惑星の生命の歴史の一部となったのかを理解したいと考えている。宇宙生物学者は、数十億年前にベンヌのような小惑星に乗って飛来したアミノ酸やその他の分子が、核酸であるRNAとDNAを最初に発達させたと考えている。この仮説を検証するために、彼らはベンヌのサンプルに含まれる有機分子を研究する予定だ。

「過去20年間の私の研究のほとんどは隕石に関するものでした」とドウォーキンは言う。「隕石は惑星形成の残骸であり、 [they have] 「惑星に流れ込んだ原材料は、星間物質と原始太陽系星雲の混合物から生まれた」地球では、それらの原材料は、地殻変動やその他の地質活動、惑星の歴史の最初の10億年間に起こった一連の衝突による熱、そして、一度誕生して増殖し進化し、自らの起源の物語を消し去った生命そのものによって隠されてきた。「地球上で私たちがこれまで見た場所の中で、まだ人が住んでいない場所はどこにもありません」とドゥウォーキンは言う。

しかし、ベンヌはこれらの地質学的または生物学的プロセスのいずれも受けていない。OSIRIS-RExミッションチームの科学者がサンプルを説明するために最も頻繁に使用する言葉は、「純粋」である。このサンプルを純粋に保つために、研究室は慎重なプロトコルに従っている。サンプルが保管されている白い部屋に入る人は、マスク、ヘアネット、白衣、靴カバー、ニトリル手袋を着用する。白い部屋のドアにある粘着マットは、靴カバーからの浮遊粒子を捕らえる。サンプルのガラス瓶が入っているケースは、実際には2つのハッチがあるエアロックである。サンプルが保管されている白い部屋に入るツールや小さな物体はすべて、1つのハッチを通り、そのハッチが閉じられてから、反対側の対応するハッチが開かれる。

ベンヌへ行って戻る：旅の終わり

グラビン氏は、作業を開始できることは嬉しいが、サンプルをここに運び、研究室でその責任を負うのはストレスだと語る。「計算してみてください」と同氏は言う。「ミッションのコストは [roughly] 「10億ドルで、サンプルの3.3％が持ち帰られた」とドゥオルキン氏は言う。その計算では、この半分の小瓶に入った灰レゴリスの価値は3,300万ドルだが、生命の起源を研究する科学者にとっては計り知れないほど貴重なものだ。ドゥオルキン氏は研究室に、2020年に日本の宇宙船が地球に持ち帰った小惑星リュウグウの溶解抽出物など、他の貴重なサンプルも受け取っている。ドゥオルキン氏は20年にわたってベンヌのサンプルを準備しており（探査機が打ち上げられる12年前の2004年にプロジェクトに参加した）、今後15カ月をかけてベンヌの全容解明に努める、世界中の38の科学機関を代表する233人の科学者の1人だ。38の機関が分配するのは、持ち帰られた小惑星121.6グラムのうち約25％のみだ。

「私たちは有機物を鉱物学の文脈で解釈します」とグラビン氏は言う。「私たちは孤立して作業しているわけではありません。1セットの実験ですべてを語ることはできません。」OSIRIS-REx科学チームは先月末、その文脈の紹介を科学雑誌に掲載した。 隕石学と惑星科学鉱物学者らは、小惑星の成分の中にリン酸マグネシウム・ナトリウムを特定した。これは水に溶け、化学反応に関与するリン酸塩である。これは予想外の発見だった。なぜなら、探査機がベンヌの地図を作成していた間、OSIRIS-RExのセンサーはリン酸塩を検出しなかったからだ。

「だからこそ、サンプルリターンは重要なのです」とグラビン氏は言う。リモートセンシングでは天体の組成を完全に把握することはできない。

リン酸はヌクレオチドの成分の一つで、DNAのような核酸の構造単位を形成します。ドワーキン氏は、回収されたサンプルにリン酸が見つかったことで、「[s] これらの可溶性リン酸塩がリン酸化有機化合物の形成に寄与した可能性があるかどうかという疑問が浮かび上がります。」

「これらについてはまだテストを行っていません」と彼は付け加えた。

論文でほとんど何気なく触れられている発見の一つに、私は鳥肌が立つ。NASAジョンソン宇宙センターの電子ビーム分析研究所を管理するリンジー・ケラー氏は、赤色巨星（太陽より古い星）に由来すると考えられる粒子を発見した。また、恒星の致命的な爆発で外部に吹き飛ばされた化学物質である超新星噴出物の痕跡も発見された。

私たちの後ろでドアが開き、若い男性がこれからテストを始めると告げる。アンヘル・モハロは、昨年 2 月にゴダード宇宙飛行センターに着任したポスドク研究員だ。「大学院を卒業して最初の仕事はベンヌの分析です」と彼は笑顔で言うが、その笑顔からは自分が信じられないほど幸運だと考えていることが分かる。

さまざまな種類の質量分析計やその他の大型機器がコンピューターのモニターと共有されている部屋で、モハロ氏は手袋をした手に、もう一つの蓋付きガラス小瓶を持っている。その中には、ケシの実の色でその約3倍の大きさの小さな球体がガラスにくっついている。（この粒子は、処理のために研究室に配られた4グラムのサンプルにほとんど影響を与えず、十分な量のサンプルが残っている。）モハロ氏はそれを長い金属製のピンセットで取り出し、オフィスのプリンターに似たガスクロマトグラフィー質量分析計の容器に入れて、ドアを閉める。小瓶から取り出されてから質量分析計に置かれるまでの数秒間、ベンヌ粒子は空気にさらされるが、モハロ氏がこれから行うテストを考えると、空気への露出は重要ではないとドウォーキン氏は言う。

質量分析計は、まず熱衝撃を与えて粒子を気化させ、次に生じたガスをガラス毛細管のコイルに通します。分析計は個々の分子の質量を測定し、ガスの化学組成を示すスペクトルを生成します。90 分以内に、モハロは結果を得ます。小惑星サンプルに含まれる可溶性および不溶性の有機化合物の指紋です。この情報は、この特定の研究に関する論文が査読を経て今年後半に発表されるまで報告できません。

以前行われた同様のテストでは、複数の異なるアミノ酸、つまりタンパク質を形成するために結合できる有機分子の存在が判明しました。そのほとんどは、すべてのアミノ酸の中で最も構造が単純なグリシンでした。

宇宙生物学分析研究所では、隕石や小惑星の研究に加え、2006年にNASAのスターダスト宇宙船によって持ち帰られたウィルド2彗星（「VILT-two」と発音）のサンプルも研究した。2008年、グラビン氏とドウォーキン氏は彗星の尾の微細な粒子からグリシンを単離した。次のステップは、グリシンが彗星由来のものであり、宇宙船の打ち上げ前の地球上での活動によるものではないことを証明することだった。その地球外起源を確認するため、彼らと同僚は微量のウィルド2を同位体分析にかけ、それが宇宙由来であることを確認。これは彗星由来のアミノ酸の初の観測であった。この発見により、地球上の生命に必要な炭素系化合物の少なくとも一部は、地球が誕生したばかりの頃に衝突した小惑星や彗星にヒッチハイクされてやってきたという仮説が強化された。

世界中の科学者がベンヌのサンプルの研究を行っている中、小惑星が注目を集めている。OSIRIS-REx 宇宙船はミッションを継続しており、現在は小惑星アポフィスに向かっている。NASA の他の 2 つの探査機も他の小惑星に向かっている。ドウォーキン氏は、OSIRIS-REx ミッションで一番気に入っているのは、サンプルを分割した後、残りの 75% がどうなるかだと言う。「残りは未来へ」と同氏は言う。そのような材料を研究するためのより優れた機器を持ち、今日の科学者よりも小惑星について詳しい未来の科学者に渡される。そして「私たちが考えもしなかった疑問を投げかける未来の科学者」とドウォーキン氏は言う。