生命の「究極のレシピ」が解明？小惑星ベンヌが解き明かす太陽系の初期と生命の起源✉️58✉️

NASAのOSIRIS-REx（オサイリス・レックス）ミッションによって、小惑星ベンヌから地球にもたらされた貴重なサンプルが、科学界に興奮をもたらしています。この塵と岩石の断片は、単なる宇宙の遺物ではありません。それは、太陽系の形成初期と地球における生命の起源という、人類最大の謎を解き明かすための「タイムカプセル」そのものなのです。

そして今回、このサンプルに関する3つの研究論文が、Nature GeosciencesとNature Astronomy誌に同時発表されました。その内容は、生命に必須の糖類、これまで宇宙物質で見たことのないガム状の物質、そして超新星爆発に由来する星屑（スターダスト）の予期せぬ高濃度の発見です。

特に、東北大学の古川善博氏が率いる日米科学者チームによる、生物学的に必須な糖類の発見は、地球外からの生命の構成要素の供給という仮説に、決定的な証拠を与えるものです。これは、以前にベンヌサンプルから見つかった核酸塩基（DNAとRNAの遺伝子構成要素）、リン酸塩、そしてアミノ酸（タンパク質の構成要素）の発見に続くものです。ベンヌが、生命の分子成分を初期の地球に届けた宅配便であった可能性が濃厚になってきたと言えるでしょう。この日本のチームの貢献については、国内のメディアでも報道されていましたが、3つの論文をそれぞれ概観することで、今回の研究が意味することを説明してみたいと思います。

古川氏らのチームがNature Geoscience誌で詳細を報告した発見は、まさに「生命のレシピ」の核心に触れるものです。彼らは、ベンヌのサンプルから、5炭糖のリボース、そして地球外サンプルから初めて、6炭糖のグルコースを発見しました。

リボースは、RNA（リボ核酸）の主要な構成要素であり、生命の遺伝情報を担うDNA（デオキシリボ核酸）の近縁分子です。DNAが細胞内の遺伝情報の主要な担体であるのに対し、RNAは多様な機能を果たし、生命活動に不可欠な存在です。RNAでは、リボースが糖-リン酸骨格を形成し、情報伝達を担う核酸塩基を繋ぐ「背骨」の役割を担っています。

古川氏は、「DNAとRNAを構成する5種類すべての核酸塩基とリン酸塩は、すでにOSIRIS-RExが持ち帰ったベンヌのサンプルから見つかっています」と述べています。そして、今回のリボースの発見は、「RNA分子を形成するための全ての構成要素がベンヌに存在している」ことを意味します。

注目すべきは、ベンヌのサンプルからデオキシリボース（DNAの糖）が検出されなかったことです。リボース自体は過去に地球で見つかった2つの隕石からも発見されていますが、ベンヌという汚染されていないサンプルでのこの事実は極めて重要です。もしベンヌの状況が初期太陽系を反映しているとすれば、デオキシリボースよりもリボースの方が、当時の環境でより一般的であった可能性があります。

研究者たちは、このリボースの存在とデオキシリボースの欠如が、初期の生命体がRNAを、情報の貯蔵と生存に必要な化学反応を駆動する主要な分子として利用していたとする「RNAワールド仮説」を強力に支持すると考えています。

さらに、ベンヌのサンプルには、地球上の生命が利用する最も一般的な「食物」（エネルギー源）の一つであるグルコースも含まれていました。これは、私たちが知る生命にとって重要なエネルギー源が、初期の太陽系にも存在していた最初の証拠となります。ベンヌの親天体内で、ホルムアルデヒドなどを含む塩水から、これらの糖が形成された可能性が示唆されており、生命に不可欠な3つの構成要素（核酸塩基、アミノ酸、糖）全てが、前生物的地球や他の内部惑星に散布された可能性を示しています。

2つ目の論文は、カリフォルニアのNASAエイムズ研究センターのチームからの報告で、Nature Astronomy誌に発表されました。この研究は、ベンヌのサンプルから、これまでの宇宙岩石には見られなかったガム状の物質を発見したことを明らかにしています。この驚くべき物質は、地球上で生命の構成要素が出現するための舞台を整えるのに役立った可能性があるのです。

この宇宙のガムは、窒素と酸素を極めて豊富に含むポリマーのような物質で構成されています。かつては柔軟で柔らかかったものが、後に硬化したと見られています。このような複雑な分子は、地球上の生命の引き金となった化学的前駆体の一部を提供した可能性があり、ベンヌの汚染されていないサンプルでの発見は、生命の起源や地球外生命の存在を研究する科学者にとって非常に重要です。

ベンヌの祖先となる小惑星は、太陽系を生み出した回転するガスと塵の雲である太陽星雲の物質から形成され、様々な鉱物と氷を含んでいました。この小惑星が宇宙の放射線によって温まり始めると、アンモニアと二酸化炭素が関わるプロセスを通じてカルバメートと呼ばれる化合物（慣用名ウレタン）が形成されました。カルバメートは水溶性ですが、水が豊富な環境になる前に、それ自体や他の分子と反応して、水に不溶なより大きく複雑な鎖を形成し、重合するのに十分な期間存続しました。

チームは、赤外線顕微鏡を用いて、窒素と酸素が豊富な炭素に富む珍しい粒子を選択しました。そして、ローレンス・バークレー国立研究所の分子ファウンドリーで、分子レベルでの「鍛冶屋作業」**を開始しました。プラチナの超薄層を適用して粒子を補強し、タングステンの針を溶接して微小な粒子を持ち上げ、集束イオンビームを使って破片を削り取ったのです。

粒子が人間の髪の毛の1000分の1の薄さになったとき、彼らは電子顕微鏡とX線分光法を用いてその組成を分析しました。

詳細が明らかになるにつれて、この奇妙な物質が、小惑星に存在する氷と鉱物の粒子の上に層状に堆積していたことが示唆されました。それはまた、柔軟性があり、使い古されたガムや柔らかいプラスチックに似たしなやかな素材でした。。

その化学的構成を見ると、地球上のポリウレタンに見られるのと同じ種類の化学基が見られます。しかし、この小惑星の物質は、秩序だったポリマーであるポリウレタンそのものではありません。これはよりランダムで寄せ集めの結合を持ち、粒子ごとに元素の組成が異なるとのことです。しかし、この比較は、NASAの小惑星サンプルから発見された有機物質の驚くべき性質を際立たせています。

小惑星の深部で遠い昔に何が起こったのかという手がかりを追求することで、科学者たちは若い太陽系をよりよく理解し、それがすでに含んでいた生命の前駆体と成分、そしてそれらの原材料がベンヌのような小惑星によってどれだけ遠くまで散布されたかを明らかにすることができるのです。

3つ目の論文は、NASAジョンソン宇宙センターのチームによるもので、これも『Nature Astronomy』に掲載されました。この研究では、太陽系よりも前に存在した星々からの塵、すなわちプレソーラー粒子を分析し、ベンヌの親天体がどこで形成され、地質学的プロセスによってどのように変化したかを明らかにしました。

プレソーラーダストは、太陽系が形成される際に一般的によく混合されていたと考えられています。ところが、ベンヌのサンプルには、これまでに研究された他の宇宙物質のどのサンプルと比較しても、超新星の塵が6倍も多く含まれていました。これは、ベンヌの親天体が、死にゆく星々の塵が濃縮された原始惑星系円盤の領域で形成されたことを示唆しています。

この研究はまた、ベンヌの親小惑星が広範な流体による変化を経験したにもかかわらず、サンプル内には変化の少ない物質のポケットがまだ存在しており、その起源について考えさせるものです。

これらの断片は、有機物とプレソーラーケイ酸塩粒子のより高い存在量を保持しており、小惑星内の水質変質によって容易に破壊されるということです。ベンヌのサンプルでそれらが保存されていたことは驚きであり、親天体内で一部の物質が変質をまぬがれたことを示しています。私たちの研究は、親天体が形成される際に集積したプレソーラー物質の多様性を明らかにしています。

この発見は、ベンヌの親天体が、特異なスターダストの混合物を持つ原始惑星系円盤の領域からサンプルを取り込んだという証拠を加えており、太陽系形成モデルに新たな制約を与えるものとなります。