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2025-12-12 13:55:00
NASAの科学者らが2023年末にOSIRIS-REx小惑星サンプルミッションからのサンプルリターンキャニスターを開けたとき、彼らは驚くべきものを発見した。
小惑星ベンヌから収集された塵と岩石には、DNAとRNAに使用される5つの核酸塩基すべて、タンパク質に含まれる20アミノ酸のうち14アミノ酸、その他の豊富なアミノ酸コレクションを含む、生命の構成要素の多くが含まれていました。 有機分子。これらは主に炭素と水素から作られており、多くの場合、生命の化学のバックボーンを形成しています。
何十年もの間、科学者たちは初期の小惑星が生命の成分を地球に届けた可能性があると予測しており、これらの発見は有望な証拠のように思えた。
さらに驚くべきことに、ベンヌ由来のこれらのアミノ酸は「左巻き」と「右巻き」の形にほぼ均等に分割されていました。アミノ酸には、ちょうど私たちの左手と右手のように、鏡像のような 2 つの配置があります。 キラル形態。
地球上では、ほぼすべての生物学に左手版が必要です。もし科学者たちがベンヌに強い左巻き過剰を発見していたら、生命の分子の非対称性が宇宙から直接受け継がれた可能性があることを示唆しただろう。むしろ、ほぼ等しい混合物は、別の物語を示している。つまり、生命の左手の好みは、小惑星によって運ばれた物質にあらかじめ刷り込まれていたのではなく、地球上のプロセスを通じて後から現れた可能性が高い。
「キラル」分子とは、たとえ回転させても、その鏡像である別の分子と重ね合わせることができない分子のことです。
NASA
宇宙の岩石にはおなじみの成分が含まれていても、生命が残した化学的な「痕跡」は含まれていない場合、生物学の真の痕跡を特定することは非常に複雑になります。
これらの発見は、より深い疑問を投げかけています。新たなミッションが火星、火星の衛星、そして太陽系の海洋世界をターゲットにするにつれて、より緊急性が高まっています。化学だけが「生命体」のように見え始めたとき、研究者はどのようにして生命を検出するのでしょうか?無生物が有機分子の豊富で組織化された混合物を生成できるのであれば、私たちが生物学を認識するために使用する従来の標識ではもはや十分ではないかもしれません。
として 計算科学者 生物学的特徴を研究している私は、この課題に直接直面しています。私の宇宙生物学の研究では、他の惑星を探索するときに、分子の集合が複雑な地球化学によって形成されたのか、地球外生物学によって形成されたのかをどのように判断するかを尋ねています。
雑誌に掲載された新しい研究で PNAS ネクサス、同僚と私は、この質問に答えるために LifeTracer というフレームワークを開発しました。生物学の存在を証明する単一の分子や構造を探すのではなく、岩石や隕石に保存されている化合物の混合物に含まれる完全な化学パターンを調べることによって、それらの混合物に生命の痕跡が含まれる可能性がどの程度あるのかを分類しようとしました。
潜在的なバイオシグネチャーの特定
私たちのフレームワークの背後にある重要な考え方は、生命は目的を持って分子を生成するが、無生物の化学は目的を持たないということです。細胞はエネルギーを蓄え、膜を構築し、情報を伝達する必要があります。 非生物化学 非生物の化学プロセスによって生成される物質は、たとえ豊富であっても、代謝や進化によって形成されるものではないため、異なる規則に従います。
従来のバイオシグネチャーのアプローチは、特定のアミノ酸や脂質構造などの特定の化合物、または 左利きなどのキラルの好み。
これらの信号は強力ですが、完全に地球上の生命体が使用する分子パターンに基づいています。地球外生命体が同じ化学を使用していると仮定すると、私たちと同じではないが似ている生物学を見逃したり、無生物の化学を生命の兆候と誤認したりする危険があります。
Bennu の結果はこの問題を浮き彫りにしています。小惑星のサンプルには生命によく知られた分子が含まれていましたが、その中には生きているものは何もないようでした。
これらの分子が生命を示していると仮定するリスクを軽減するために、私たちは生命と非生命の境界線に位置する有機材料の独自のデータセットを構築しました。 8種類のサンプルを使用しました 炭素が豊富な隕石 これらには、初期の太陽系の非生物化学物質と、過去または現在の生命体からの生体分子の分解された残骸を含む、地球の土壌と堆積物のサンプル 10 個が保存されています。各サンプルには数万の有機分子が含まれており、その多くは存在量が少なく、構造が完全に特定できなかったものも多くありました。
そしてNASAの ゴダード宇宙飛行センター私たちの科学者チームは、各サンプルを粉砕し、溶媒を加え、加熱して有機物を抽出しました。このプロセスはお茶を淹れるようなものです。次に、抽出された有機物を含む「お茶」を 2 つの濾過カラムに通しました。 有機分子の複雑な混合物を分離した。次に、有機物をチャンバーに押し込み、より小さな断片に砕けるまで電子を照射しました。
従来、化学者はこれらの塊の断片をパズルのピースとして使用して各分子構造を再構築していましたが、各サンプルに数万の化合物が含まれていることが課題でした。
ライフトレーサー
ライフトレーサー はデータ分析のユニークなアプローチです。各構造を再構成するのではなく、断片化したパズルのピースを取り出して分析し、特定のパターンを見つけることで機能します。
これらのパズルのピースを質量と他の 2 つの化学的特性によって特徴付け、各サンプルに存在する分子のセットを記述する大きなマトリックスに整理します。次に、機械学習モデルをトレーニングして、それぞれに存在する分子の種類に基づいて、隕石と地球表面の地球物質を区別します。
機械学習の最も一般的な形式の 1 つは教師あり学習と呼ばれます。これは、多くの入力と出力のペアを例として取り上げ、入力から出力に進むためのルールを学習することで機能します。これらの例としてサンプルが 18 個しかなかったにもかかわらず、LifeTracer は非常に優れたパフォーマンスを示しました。それは一貫して非生物を生物起源から分離しました。
LifeTracer にとって最も重要だったのは、特定の分子の存在ではなく、各サンプルで見つかった化学指紋の全体的な分布でした。隕石サンプルには、より揮発性の化合物が含まれる傾向があり、より容易に蒸発または分解されます。これは、宇宙の低温環境で最も一般的な化学の種類を反映しています。
この図は、LifeTracer によって同定された化合物を示しており、非生物サンプルと生物サンプルを区別する最も予測性の高い分子フラグメントを強調しています。赤色の化合物は非生物化学に関連付けられており、青色の化合物は生物化学に関連付けられています。
サイーディら、2025、 CC BY-NC-ND
多環芳香族炭化水素と呼ばれるいくつかの種類の分子は両方のグループに存在していましたが、それらにはモデルが解析できる独特の構造上の違いがありました。硫黄含有化合物である 1,2,4-トリチオランは、非生物サンプルの強力なマーカーとして浮上しましたが、陸生物質には生物学的プロセスによって形成された生成物が含まれていました。
これらの発見は、生命と無生命の対比が単一の化学的手がかりによって定義されるのではなく、一連の有機分子全体がどのように組織されるかによって定義されることを示唆しています。 LifeTracer のようなアプローチは、生命がどの分子を「使用すべき」かについての仮定ではなくパターンに焦点を当てることにより、生物から返されたサンプルを評価する新たな可能性を開きます。 火星へのミッション、 その衛星フォボスとダイモス木星の衛星エウロパと土星の衛星エンケラドゥス。
OSIRIS-REx ミッションで使用されるベンヌ小惑星サンプル帰還カプセル。
キーガン・バーバー/NASA（AP経由）
将来のサンプルには、生物由来のものとそうでないものを含む、複数の供給源からの有機物の混合物が含まれる可能性があります。いくつかのよく知られた分子だけに頼るのではなく、化学的状況全体が生物学に近いのか、それともランダムな地球化学に近いのかを評価できるようになりました。
LifeTracer は万能の生命探知機ではありません。むしろ、それは複雑な有機混合物を解釈するための基礎を提供します。ベンヌの発見は、生命に優しい化学が太陽系全体に普及している可能性があるが、化学だけでは生物学と同等ではないことを私たちに思い出させます。
違いを見分けるために、科学者たちは私たちが構築できるすべてのツールを必要とします。より優れた宇宙船や機器だけでなく、科学者が持ち帰る分子に書かれた物語を読み取る賢い方法も必要です。
#科学者は生命がどのようなものかを知らずに生命を検出できるでしょうか機械学習を使用した研究は新しい方法を提供します