第30章宇宙の生命Life in the Universe

Scientists today take a multidisciplinary approach to studying the origin, evolution, distribution, and ultimate fate of life in the universe; this field of study is known as astrobiology. You may also sometimes hear this field referred to as exobiology or bioastronomy. Astrobiology brings together astronomers, planetary scientists, chemists, geologists, and biologists (among others) to work on the same problems from their various perspectives.

今日の科学者は、宇宙の生命の起源・進化・分布・最終的な運命を、複数の専門分野にまたがる方法で研究している。この研究分野が、宇宙生物学、astrobiologyである。exobiologyやbioastronomyという呼び方を耳にすることもあるだろう。宇宙生物学では、天文学者、惑星科学者、化学者、地質学者、生物学者などが集まり、それぞれの観点から、同じ問題に取り組む。

Among the issues that astrobiologists explore are the conditions in which life arose on Earth and the reasons for the extraordinary adaptability of life on our planet. They are also involved in identifying habitable worlds beyond Earth and in trying to understand in practical terms how to look for life on those worlds. Let’s look at some of these issues in more detail.

宇宙生物学者が調べる問題には、地球で生命が誕生したときの条件や、地球の生命が並外れた適応能力を持つ理由がある。また、地球の外に生命が生存可能な世界を見つけ、そこで実際にどう生命を探せばよいかを理解しようとする研究にも携わっている。こうした問題を、もう少し詳しく見ていこう。

While no unambiguous evidence for life has yet been found anywhere beyond Earth, life’s chemical building blocks have been detected in a wide range of extraterrestrial environments. Meteorites (which you learned about in Cosmic Samples and the Origin of the Solar System) have been found to contain two kinds of substances whose chemical structures mark them as having an extraterrestrial origin—amino acids and sugars. Amino acids are organic compounds that are the molecular building blocks of proteins. Proteins are key biological molecules that provide the structure and function of the body’s tissues and organs and essentially carry out the “work” of the cell. When we examine the gas and dust around comets, we also find a number of organic molecules—compounds that on Earth are associated with the chemistry of life.

地球の外では、まだどこにも生命の明白な証拠は見つかっていないが、生命を構成する化学的な材料は、地球外のさまざまな環境で検出されている。「宇宙からの試料と太陽系の起源」で学んだ隕石には、化学構造が地球外起源であることを示す、2種類の物質、アミノ酸と糖が含まれていることがわかっている。アミノ酸は、タンパク質を構成する分子の材料となる有機化合物である。タンパク質は、生体の組織や器官の構造と機能を担う重要な生体分子であり、細胞の「仕事」を事実上実行する。彗星の周りのガスや塵を調べても、地球では生命の化学と関係する化合物である、有機分子が数多く見つかる。

Expanding beyond our solar system, one of the most interesting results of modern radio astronomy has been the discovery of organic molecules in giant clouds of gas and dust between stars. More than 100 different molecules have been identified in these reservoirs of cosmic raw material, including formaldehyde, alcohol, and others we know as important stepping stones in the development of life on Earth. Using radio telescopes and radio spectrometers, astronomers can measure the abundances of various chemicals in these clouds. We find organic molecules most readily in regions where the interstellar dust is most abundant, and it turns out these are precisely the regions where star formation (and probably planet formation) happen most easily (Figure 30.4).

太陽系の外へ目を広げると、現代の電波天文学の最も興味深い成果の一つは、恒星間の巨大なガスと塵の雲で、有機分子が発見されたことである。この宇宙の原材料の貯蔵庫では、ホルムアルデヒドやアルコールなど、地球の生命が発達するうえで重要な足がかりとなるものを含め、100種類を超える分子が特定されている。天文学者は、電波望遠鏡や電波分光器を使って、こうした雲に含まれる、さまざまな化学物質の存在量を測定できる。有機分子が最も見つかりやすいのは、星間塵が最も豊富な領域である。そして、まさにそれらが、恒星の形成、そしておそらく惑星の形成も、最も起きやすい領域であることがわかっている（図30.4）。

Clearly the early Earth itself produced some of the molecular building blocks of life. Since the early 1950s, scientists have tried to duplicate in their laboratories the chemical pathways that led to life on our planet. In a series of experiments known as the Miller-Urey experiments, pioneered by Stanley Miller and Harold Urey at the University of Chicago, biochemists have simulated conditions on early Earth and have been able to produce some of the fundamental building blocks of life, including those that form proteins and other large biological molecules known as nucleic acids (which we will discuss shortly).

初期の地球そのものが、生命を構成する分子の材料の一部を作ったことは、明らかである。1950年代初め以来、科学者は、地球で生命へとつながった化学反応の道筋を、実験室で再現しようとしてきた。シカゴ大学のスタンリー・ミラーとハロルド・ユーリーが先駆けとなった、ミラー・ユーリー実験と呼ばれる一連の実験で、生化学者は初期地球の条件を模擬し、生命の基本的な構成材料の一部を作ることに成功した。タンパク質を作る材料や、核酸と呼ばれる、ほかの大きな生体分子を作る材料も含まれる。核酸については、間もなく説明する。

Although these experiments produced encouraging results, there are some problems with them. The most interesting chemistry from a biological perspective takes place with hydrogen-rich or reducing gases, such as ammonia and methane. However, the early atmosphere of Earth was probably dominated by carbon dioxide (as Venus’ and Mars’ atmospheres still are today) and may not have contained an abundance of reducing gases comparable to that used in Miller-Urey type experiments. Hydrothermal vents—seafloor systems in which ocean water is superheated and circulated through crustal or mantle rocks before reemerging into the ocean—have also been suggested as potential contributors of organic compounds on the early Earth, and such sources would not require Earth to have an early reducing atmosphere.

これらの実験は有望な結果を生んだが、問題もある。生物という観点から最も興味深い化学反応が起きるのは、アンモニアやメタンなど、水素に富む、つまり還元性の気体を使った場合である。しかし、初期の地球大気は、現在の金星や火星の大気のように、おそらく二酸化炭素が主成分だった。ミラー・ユーリー型の実験で使われた量に匹敵するほど、還元性の気体を豊富に含んではいなかったかもしれない。初期地球へ有機化合物を供給した可能性のあるものとして、熱水噴出孔も提案されている。これは、海水が非常に高い温度まで加熱され、地殻やマントルの岩石の中を循環した後、再び海へ出てくる海底の仕組みである。このような供給源なら、初期の地球に還元性の大気があったことを必要としない。

Both earthly and extraterrestrial sources may have contributed to Earth’s early supply of organic molecules, although we have more direct evidence for the latter. It is even conceivable that life itself originated elsewhere and was seeded onto our planet—although this, of course, does not solve the problem of how that life originated to begin with.

地球上の供給源と、地球外の供給源の両方が、初期地球への有機分子の供給に寄与した可能性があるが、より直接的な証拠があるのは後者である。生命そのものが、ほかの場所で誕生して、地球へ種として運ばれたことさえ考えられる。もっとも、それでは、その生命がそもそもどう誕生したのかという問題は解決しない。