私は創造の2日目に到着しました。ローリー・バージは私を彼女の研究室に招待し、生命の起源をモデル化しました。彼女はパサデナにある NASA のジェット推進研究所の研究科学者であり、NASA 宇宙生物学研究所のメンバーである先駆的な地質学者 Michael J. Russell と共に同僚です。タスクは、40 億年前の原始の海をシミュレートする条件下で小型の熱水噴出孔を作成することでした。このような通気口は、科学的創造物語の中心にあるため、直観に反するためほとんど真実ではありません。
初日、バージと生徒たちは海を作りました。彼らは蒸留水から始めて、そこに窒素を吹き込み、初期の地球には存在しなかった酸素ガスを置換しました。 2 つの初期の地球を、ヒューム フード内のラボ ビーカーのスチール スタンドに吊るしました。海に塩化鉄を加えて、水をフラットなビールの色に変えました。各容器の底にピペット チップを挿入し、硫化ナトリウムを注入して、地球の地殻の裂け目から上昇する高温流体をシミュレートしました。ナトリウムは塩化物と再結合して塩水を作り、硫黄は鉄と対になって硫化鉄を形成し、溶液から沈殿して中空の煙突に付着した.同様の煙突は、40 億年前の冥王代後期の熱水噴出孔で形成され、深海からバージの実験室まで、今も形成されています。
熱水噴出孔で生命が始まったという考えは、「原初のスープ」の古くてよく知られている科学的創造物語に挑戦しています。 1871 年にジョセフ フッカーに宛てた手紙の中で、チャールズ ダーウィンは、生命は「あらゆる種類のアンモニアとリン酸塩、光、熱、電気などが存在する暖かい小さな池で」生まれ、そこでは「タンパク質化合物が化学的にさらに複雑な変化を遂げる準備が整った」 1920 年代、ロシアの科学者アレクサンドル オパリンと英国の博学者 J. Haldane 氏は、生命がどのようにしてこのように誕生したかのモデルを独自に具体化し、古代の海から「熱くて薄いスープ」の一貫性を保っていたと Haldane 氏は述べています。名前が固まりました。
1953年、ノーベル賞を受賞した化学者ハロルド・ユーリーの大学院生であるスタンリー・ミラーが、研究室でスープを作ることに成功しました。彼は推定上の原始海洋と大気を入れたフラスコを設置し、システムに人工的な稲妻を発生させ、生成された化合物を収集しました。彼は、いくつかのアミノ酸を含む、多くの興味をそそるものを見つけました。 Miller-Urey の化学は、生命の起源研究の省略形になりましたが、Miller の多数の学生は自ら進んで増殖しました。今日の生命の起源の研究では、「スープ」は、ダーウィンの進化に至るまで、雷やその他のエネルギー源が分子を繰り返し揺さぶり、かつてないほど複雑な状態になることで、ミラー・ユーリー化学を介して海面上または海面近くで生命が始まるモデルを暗示しています。
スープには直感的な魅力があります。そこから生命の構成要素を導き出すことができます。しかし、致命的な欠陥もあります。何を生成しても、死んでしまいます。稲妻は生化学反応を引き起こす可能性がありますが、エネルギーはすぐに消散し、システムは平衡に戻ります。原初のスープは、進化が熱力学的に、秩序を高める方向に上り坂になることを必要とします。それは、インターネット上でよく記録されている「重力の丘」の 1 つに似ており、車が転がり上がっていくように見えます。熱、岩石、海水から始まり、アミノ酸とヌクレオチドが自己集合します。それらは、酵素やタンパク質などのさらに秩序だった分子に組織化されました。それらから進化は最初の細胞を構築し、最終的にレッドウッドとバラ、ミツバチとリンゴの木、ハイエナと人間を構築しました.
しかし、重力の丘は視点のトリックです。大工のレベルは真実を明らかにしますが、「魔法のような」グラビティヒルのビデオではあまり見ません.実際、物理法則はそのまま残っています。生命の出現についても、ベント理論家は言う。進化は思われるだけ より大きな秩序に向かって移動する。より大きなスキームでは、ずっと下り坂です。ベントモデルは、初期条件が与えられた場合、生命の出現は奇跡に近いものではなかったと仮定しています。それは避けられませんでした。
熱水泉は、東太平洋のガラパゴス地溝帯で 1977 年に海洋学者によって発見されました。その後、1979 年に北緯 21 度の東太平洋海膨の頂上で、すすけた超高温の酸を冷たくて光のない深みに吐き出している大きな煙突が発見されました。詩的ではないにしても正確に言えば、この建物は「ブラック スモーカー」として知られるようになりました。研究者たちは、魚から数え切れないほどの新種の微生物まで、ブラックスモーカーの周りに生命があふれていることを発見して唖然としました。 1981 年、ガラパゴス地溝帯遠征に参加した海洋学者の 1 人であるジャック コーリスは、微生物学者のジョン バロスとサラ ホフマンと共に、海底温泉が「地球上の生命の創造に必要なすべての条件を提供する」ことを示唆しました。光や稲妻は必要ありませんでした。スープはありませんでした。
Milleritesは火を返しました。通気口は生命を維持するにはあまりにも熱すぎると、ミラーと彼のかつての学生であるジェフリー・バダは書いています。アミノ酸や核酸が形成されると、ほぼ瞬時に分解されます。砂糖は溶けます。人生は、このような敵対的な環境では始まらないでしょう。どちらかといえば、彼らは、「通気孔は、原始海洋における有機化合物の合成ではなく、破壊において重要だったでしょう.」
ラッセルと彼の同僚で、現在グラスゴー大学の考古学者であるアラン・ホールが口をそろえた。おっしゃる通り、彼らはミラー派に次のように語っています。 生命がそこに形成されるには、あまりにも熱く酸性である。しかし、その近くには、ぬるま湯のアルカリ性液体を放出する鉱物管があるはずだと彼らは書いています。 彼ら 生命の出現にとって理想的な場所となるでしょう。
2000 年 12 月 4 日、ラッセルの予測どおり、まったくの偶然ではあるが、それらのチューブが発見された。スクリプス海洋研究所のドナ・ブラックマン、ワシントン大学のデボラ・ケリー、デューク大学のジェフリー・カーソンが率いる研究チームは、プラトンによれば沈没したという神話上の島の都市にちなんで名付けられた長さ 16 km のアトランティス マシフを調査していました。アテネに敗れ、北大西洋へ。 1 か月にわたる遠征の終わり近くに、ロボットの潜水艇は、カメラを狙っているように見える魚を追って、事前に設定されたコースから外れました。研究者たちは突然、巨大な真珠のような白い構造物がリモート モニターに映し出されるのを見た.たまらなく、彼らはそのサイトを「Lost City」と名付けました。
調査の結果、失われた都市の塔が透明で暖かいアルカリ性の液体をわずかに酸性の海に放出していることが明らかになりました。マージンは、冷たいものから温かいもの、薄いものから濃縮されたもの、低い pH から高い pH に分かれていました。初期の地球の「失われた都市」は、炭酸塩を含んだ酸性の海で発達したでしょう。その多孔質の壁は、硫化鉄と酸化物でできており、ロストシティの前駆体は弱いが広大なバッテリーになったでしょう。生きている細胞も、アルカリ性の内部とわずかに酸性の外部を隔てる膜に囲まれています。生命の「最後の普遍的な共通の祖先」は、「今日の生命と同じように、電子と陽子の勾配によって機能していた」と Barge は言う。動物、植物、菌類、または細菌のいずれであっても、すべての生物は、温かいアルカリの噴出孔で見られる酸化と還元の化学反応を再現しています。あの古代の失われた都市のほんの一部が、すべての細胞の中にあります。
バージと私が実験を見ていると、硫化鉄の煙突が精巧な構造を形成し始めました。上昇する流体は、独自の排気管を構築しました。少しの水晶が流れを妨げました。流体は上昇するにつれて新しい経路を見つけました。分岐した構造。結果は驚くほど植物のようでした。前近代の錬金術師も同様の「ケミカル ガーデン」を作りました。忘れ去られかけた 19 世紀の生物学者であるステファン レダックは、これらの有機的な形が生物学的成長の原理を反映していると信じていました。 「生命の連鎖」とレダックは言いました。
現代の熱水噴出孔モデルは、その連鎖がどのように構築されたかの説明を示唆しています。初期の失われた都市の巨大なバッテリーは、主に炭素、水素、酸素から複雑な分子を作るエンジンを駆動します。硫化鉄は、通気孔に見られる他の小分子と同様に、「補酵素」として機能します。これは、すべての代謝の中心にある反応を促進する触媒ナノエンジンです。要するに、煙突は、水素、CO2 からエネルギーを得る一種の代謝を持っています。 、および他の分子であり、主に炭素、水素、および酸素からより複雑な分子を構築するために使用します。生物学における最も古い代謝経路は、初期の失われた都市の化学を再現しています。
私たちの直感に最も反するのは、複雑な構造は単純な構造よりもエネルギーの散逸に優れているということです。カタリストは、エネルギーの丘を登るのに役立ち、反対側でさらに下に降りることができます。生物進化の全体に目を向けると、それぞれの生物はそのようなエネルギーの丘です。熱力学的に有利な場合にのみ形成されます。それを作成するためにエネルギーを上り坂に送り込むことで、さらに多くのエネルギーが放出されます。たとえば、トカゲは、トカゲの E よりも多くのエネルギーを必要とします。大腸菌 、しかし、より多くのエネルギーをより多く消費します。したがって、トカゲとバクテリアの両方を含む世界は、バクテリアだけの世界よりも精力的に好まれます.温血牛も含まれ、草をむしゃむしゃ食べ、熱、メタン、肥料を放出する世界は、さらに優れたエントロピー エンジンです。トラがいる方がさらに良いです。 生態系です 生命に満ちた青々とした緑の地球は、火星よりも多くの熱を惑星の中心部と太陽から奪い、冷たくて暗い空間に放出します。私たちの生物圏は、太陽のための洗練された保冷剤にすぎません。
ホモ・サピエンスと共に登場した巨大な消散エンジン .技術の歴史は究極的には、火、料理、農業、採掘、製錬、伐採、蒸気機関など、地球と太陽からエネルギーを抽出するこれまで以上に強力な方法の開発の 1 つです。坂を下って流れる水の滴のように、進化も文化も正確な道筋は決まっていません。全体的な傾向だけです。したがって、芸術も戦争もNASCARもスマートフォンも避けられなかったのですが、すべては人間のエントロピーエンジンによって行われた仕事と見なすことができます.この観点から、私たちの散逸傾向は異常ではなく、熱力学的に必要です.
バージと私が私たちの実験モデルを十分に長く見ていたら、それも代謝経路を進化させるでしょうか?酵素？遺伝子？はしけはその方向への最初の一歩を踏み出していますが、その一歩は小さいです。煙突を作る代わりに、彼女は硫化鉄やその他の鉱物を多孔質の不活性ディスクに堆積させます。そのディスクは、正に帯電した流体と負に帯電した流体の間の膜として機能します。 Barge は、膜全体の電圧と pH の差、つまり電子と陽子の流れを測定します。これらの電流は、生命にとって基本的な化学反応を引き起こします。次のステップは、化学反応を起こしてより複雑な分子を進化させることです。 「実験を設定して、有機物とミネラルの新たなフィードバックをテストすることもできます」と彼女は言います。単純な触媒は、その生成物がより複雑な触媒である反応に有利に働く可能性があり、さらに複雑な触媒を生成する可能性があり、最終的にはタンパク質と DNA につながるフィードバック ループが続きます。
私の 2 つの世界のうちの 1 つで、煙突は細い茎を発達させ、その後、重い球根が先端で膨らみました。 「それはおそらく壊れるでしょう」とバージは言います。そうでした：進化の行き止まり。しかし、もう一方のフラスコの煙突は、底が太く平らになり、山のように先細りになり、ミジンコなら雄大に見える一連の峰になっていました。ローリーはそれを調べて、それは良いと言いました.
ナサニエル・コンフォートは、米国議会図書館/NASA の宇宙生物学の Baruch Blumberg 議長であり、ジョンズ・ホプキンス大学の医学史の教授です。彼の最新の本はです 人間完成の科学。彼は @nccomfort からツイートしています。
参考文献
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