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通常、過去について学ぶことは未来を予測するよりも簡単ですが、地球上の生命の最古の歴史を解読することは例外のようです。 もちろん、生命の起源についてまったくわかっていないわけではありません。地球上の生命がいつどのように始まったかについては、多くの理論、一般的な考え、大まかな数字があり、この発展の原因については競合する説得力のある複数の考えも存在します。それでも、生命の出現の時間枠さえ常に一致するとは限りません。これからおわかりになると思いますが、この記事のいくつかの理論は、地球の生命の起源を他の理論より数億年も前に置いています。
地球生命の起源に関する研究は進行中です。新しい理論や情報が時々登場し、以前に受け入れられていた考えに疑問を投げかけ、現状を破壊します。たとえば 2022 年、科学者たちは、生命の起源はこれまで考えられていたように海ではなく、池で始まった可能性があるという驚くべき発見をしました。 アイデアが互いに挑戦すると、古い謎に対する答えが形になり始めると同時に、新しい謎が生まれます。この記事では、地球上で生命がどのように始まったのかに関する最もホットな質問を集めました。
地球上の生命がどのように始まったのかを理解するのが非常に難しい理由
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科学の著名人は、世界の終わり、あるいは少なくとも地球上のすべての生命の終わりに関しては、帽子を投げることで知られています。アイザック・ニュートン卿は終末の時について驚くほど複雑な予言をしており、スティーブン・ホーキング博士は世界がどのように終わるかを予言しました。著名人だけがそれに取り組んでいるわけではありません。研究者たちは、地球上のすべての生命が終わる正確な年を予測することができましたが、太陽から 3 番目の岩石でどのようにして生命が始まったのかという熱い疑問に対する具体的な答えはまだ驚くほど少ないです。
なぜなら、地球の生命の始まりを特定するのは驚くほど難しいからです。 何かが生命とみなされるには、相互に関連した 3 つの特性が必要です。それは、生命体として栄養を補給し、繁殖し、団結することができなければなりません。
私たちは、生命がタンパク質と核酸で構成され、それらがさまざまな複雑な化学物質を含んでいることを 1950 年代から知っていました。科学は、その創造プロセスの多くの部分を再現することさえできました。 しかし、それは単に低温化学の問題ではありません。 科学者たちは、生命につながる方法で、生命の 3 つの特性すべてが同時に発生する条件を作り出す方法をまだ考え出しています。それが起こるまでは、地球上で生命が誕生した正確な方法に関する理論は明らかに検証されないままとなるでしょう。
後期重爆撃は地球上の生命の誕生に役割を果たしましたか?
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比較的短い連続で大量の小惑星が地球に衝突するということは、完全な世界滅亡のシナリオのように思えるかもしれません。しかし、小惑星の衝突が実際に地球上の生命の誕生に関連している可能性があることを示す理論もあります。
前述のシナリオは、約 40 億年にわたる後期重爆撃 (LHB) と呼ばれる残忍な期間に関するものです。一連の巨大隕石が太陽系全体（地球を含む）に衝突した。この破壊的な時代は、地球上に最初の生命の兆候が現れ始めた時期に近いと考えられています。そのため、当然のことながら、LHB は「地球上の生命」に関する会話全体の中で興味深い要素となります。
ただし、この理論にも問題がないわけではありません。一例として、後期重爆撃は実際には決して起こらなかったかもしれないことを示唆する証拠があります。 LHB は実際には、アポロ計画が分析のために地球に持ち込んだ月の石からの誤って解釈されたデータにすぎない可能性があります。たとえそれが実際に起こったとしても、LHB が地球上の既存の生命体をすべて絶滅させることはできなかった可能性があり、これは地球の初期の生命に影響を与えた LHB の役割にも疑問を投げかけています。
初期の生命体が生き残ることはどれほど困難でしたか?
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地球の初期の生命体にとっての環境は過酷で、どのようなことに耐えなければならなかったのか、私たちはまだ明確にわかっていません。 地球の年齢は約 45 億年であることがわかっており、これまでに発見された最古の化石は 37 億年前に遡りますが、地球には 43 億年前には生命が存在していた可能性があります。
しかし、技術的に住みやすいということは、当時は私たちが今日想像しているものとは根本的に異なるものを意味していました。私たちの惑星の過去 25 億年に関する研究は、地球が私たちが考えているよりもはるかに長い間、荒廃した場所であったことを示しています。 この記事で説明した他の事柄とは別に、地球の初期の生命体の大多数は、1 つの大きな問題に対処する必要があったようです。それは、約 4 億年前まで現在のレベルに低下しなかった危険な紫外線の大量レベルです。
地球の大気中にはこれまで考えられていたよりもかなり多くの酸素が存在していた可能性があるため、初期の生命体は私たちの10倍もの紫外線量に耐えなければならなかった可能性があります。この放射線は人間の皮膚がんの可能性を高めるだけではなく、生命の主要な構成要素であるタンパク質を弱めます。これは、初期の生命は他のすべての環境問題とともに破壊的な放射線に耐えなければならなかった可能性があることを意味しており、これは「適者生存」の概念に全く新しい解釈を加えています。
パンスペルミア理論は実現可能ですか?
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パンスペルミア説は、地球上の生命の起源に関する最も興味深く、激しく議論されている理論の 1 つです。それによると、私たちの惑星上の生命は実際には地球上で始まったわけではありません。その代わりに、初期の生命体は、困難な旅を生き延びた微生物を含む宇宙体に乗って、他の場所から地球にやって来ました。それもある程度の意味はあります。地球外微生物を伴う隕石の到着は、若い惑星の非常に困難な条件にもかかわらず、どのようにして生命が地球上にこれほど早く根を張ることができたのかを説明する可能性があります。
決定的とは言えませんが、陸上生命は地球上で始まったものではない可能性があるという理論を裏付ける証拠がいくつかあります。一方で、パンスペルミアの考えには批判者もいます。パンスペルミアに対する批判は、もし生命が宇宙から地球に到来したとしても、地球や月に衝突する隕石の中にそのような生命の痕跡が今も発見されているだろうと指摘している。それにもかかわらず、パンスペルミア理論には依然としてその支持者がいます。
生命は地球だけで誕生したのでしょうか、それとも太陽系の他の場所でも誕生したのでしょうか?
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前述のパンスペルミア理論が真実である可能性は、実際に、地球上の生命の起源と、私たち自身の太陽系における地球外生命体の潜在的な存在とを結びつけます。実際、この概念は非常に興味深いものであるため、NASA は地球外ゲノムの探索 (略して SETG) として知られるプロジェクトの研究活動に参加しています。 SETG は、地球上に他の場所から生命がもたらされるという概念を探求するだけではありません。このプロジェクトは、初期の生命体が地球の初期の混乱期に地球を離れ、他の場所に行き着いた可能性があるかどうかを調べることにも興味を持っています。
SETGは、生命が宇宙の他の場所から到来した可能性があるという考えに注目しており、かつて太陽系の周りを飛び回っていた宇宙物体の破片が、生命を維持する可能性のある太陽系内のさまざまな場所間で生命を「交換」した可能性があると仮定しています。これには火星だけでなく、いくつかの興味深い衛星も含まれます。
木星の衛星の 1 つであるエンケラドゥスには、氷の地殻の中に海があることが知られており、別の衛星であるエウロパにも海がある可能性があります。一方、土星最大の衛星タイタンには大気と気象システムがあり、NASAは生命の可能性を調査するためにドラゴンフライと呼ばれる探査回転翼船を送る2028年のミッションに向けて準備を進めている。
月は地球上に生命が誕生したときに誕生しましたか?
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地球上での生命の始まりに関する特に興味深い理論の 1 つは、地球上の生命にとって理想的な条件を作り出したのと同じ出来事が、地球に最も近い隣人で唯一の衛星である月を与えた可能性があると仮定しています。この理論によると、テイアと呼ばれる惑星は約 44 億年前、地球がまだ形を作り始めていたときに地球に衝突しました。テイアは火星とほぼ同じ大きさだったため、その影響は非常に大きかったでしょう。余波の一部として、この惑星の衝突によって飛び散った破片の一部は、最終的に月になったでしょう。
しかし、テイアが私たちに与えてくれたのは月だけではありません。この理論が正しければ、惑星同士の残忍な衝突によって、窒素や硫黄だけでなく、炭素の多くも地球に供給されたことになる。これらの要素のいずれかなしでは生命は不可能であるため、テイアの衝突は月と、潜在的には私たちの生活そのものの重要な要素の両方を私たちに提供したでしょう。
地球の生命は火星から来たのでしょうか?
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ポップカルチャーは長年にわたって火星人についての物語を私たちに与えてきました。しかし、私たちが最初から本物の火星人だったらどうなるでしょうか?
私たちは、地球上の生命体が地球に衝突した宇宙物体に乗って到着したことを示唆するパンスペルミア理論を調べてきました。 NASA が火星の生命の発見を目指している中、パンスペルミア型の地球生命の起源の可能性を考えるとき、赤い惑星が論理的に最初の寄港地となる。結局のところ、地球の生命が実際に火星から来たかもしれないという考えを裏付ける潜在的な証拠がいくつかあります。 2013年、フロリダ州ウェストハイマー科学技術研究所のスティーブン・ベナー氏は、当時の火星にはおそらく地球には欠けていた生命にとって非常に重要な構成要素、モリブデンとホウ素があったという研究を発表した。 「30億年前、地球の表面には酸素がほとんどなかったが、火星には酸素があったからだ」とベナー氏は語った（『Space』経由）。
この研究ではまた、ホウ素分子とRNA分子はどちらも水中よりも乾燥した土地のほうがはるかにうまく生きられること、そして地球がまだ水で覆われていた時代に火星にはすでに乾燥地帯があったため、火星は生命の出発点としてより合理的であることも指摘した。しかし、ベナーの研究は依然として理論にすぎず、地球上の生命が実際に火星から来たのかどうかという疑問は説得力があるものの、証明されていないままです。
生命は激しい雷雨によって誕生したのでしょうか?
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生命の起源の探求は、最終的には、どのような種類の出来事が生命を生み出すことができるのかという疑問に帰着します。科学は、非常に文字通りの潜在的な火花の 1 つを研究してきました。それは、初期の地球の野生の稲妻であり、紫外線放射とともに、初期の生命が適切な方法で集合するよう推進した可能性があります。
私たちは 1950 年代から、電気が地球の初期大気の模擬条件下で、生命の必須成分であるアミノ酸の形成を助けることができることを知っていました。本当の問題は、あのような雷がどこから来たのかということだ。初期の地球の氷の状態は大きな雷雨を引き起こすほどではなかったからだ。
可能性の一つは、この雷が若い地球の多産な火山活動に関係していたということである。火山灰雲は絶対的な雷のホットスポットになる可能性があり、実際、科学者たちはその火山雷が火山ガスをアミノ酸に変換できることをすでに発見しています。この興味深い発見は、地球上の生命の始まりが重要な発展であっただけでなく、非常に素晴らしい発展であった可能性を示唆しています。
すべての生命は RNA から作られたのでしょうか?
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RNA 世界仮説は科学界で大きな話題になっており、その仮説を批判する人たちからひどい見出しが付けられています。結局のところ、それは DNA と RNA がどのように異なるかに関するものであり、永遠に論争の的となる「生命の起源」の議論に適用されます。
遺伝物質の化合物である DNA (デオキシリボ核酸) と RNA (リボ核酸) はどちらも生命の重要かつ遍在する側面ですが、細胞の DNA は実際に情報を保存しており、RNA はその情報を適用することに重点を置いています。 RNA 世界仮説によると、初期の生命体には DNA はまったく必要ありませんでした。代わりに、彼らは RNA だけで生き延び、リボ核酸は後に、遺伝物質の貯蔵庫としての地位をより安定した DNA に譲りました。
DNA は生命の重要な構成要素の最も重要で最終的なものであると一般に受け入れられているため、RNA 世界仮説は 1960 年代に提案されて以来、話題になり、最終的に 1986 年にハーバード大学の生物学者ウォーリー ギルバートによって命名されました。この理論の重要な問題は、たとえ RNA が DNA と同じように自己複製できたとしても — そして非常に短い RNA 鎖は実際に自己複製できるようですが — 十分な強度がない可能性があるということです。それ自体が生活の基盤を提供します。
すべての生命は熱水噴出孔の周囲で始まったのでしょうか?
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熱水噴出孔は水中生物の拠点として知られています。彼らは、地球のより深い地殻から暖かい水と栄養素を周囲の冷たい水に吐き出します。これは、化学物質と温度に対処できる多くの生物にとって魅力的です。その結果、熱水噴出孔の近くの地域には、ミネラルが豊富な環境で繁栄する素晴らしい生態系が存在する可能性があります。
熱水噴出孔の近くで繁栄できる生命体の重要な特性は、化学合成と呼ばれるプロセスであり、これにより硫化水素などの有毒化学物質を栄養として使用することが可能になります。熱水噴出孔は何十億年も前から存在していた可能性があり、若い地球には人間などの生命体にとって危険な化学物質が豊富に存在していたため、最初の生態系は熱水噴出孔を中心としたものだったのではないかと疑う研究者もいる。
実際、地球上の初期生命に関する非常に多くの理論のうちの 1 つは、生命は実際に熱水噴出孔のような状態で始まった可能性があると仮定しています。 ギュンター・ヴェヒターシャイザーによる鉄硫黄世界理論によれば、地熱で加熱された水、圧力、さまざまな溶存ガスが初期の地球の金属と相互作用して、非常に原始的で短命の生命体を生み出した可能性があります。
LUCA とは何ですか?また、地球上の初期の生命にとって LUCA はどのように重要ですか?
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地球上で生命がどのように始まったのかを知るためには、どのような種類の生物がすべてを始めたのかを正確に知る必要もあります。その後に存在したすべての生命体のこの祖先は、科学界では「最後の普遍的共通祖先」を表すLUCAとして知られています。
もちろん、LUCA は地球の遠い過去のある時点で存在していましたが、細菌に似た単細胞生物であることを除けば、詳細は少し曖昧になっています。従来、LUCA の出現は約 38 億年前のどこかとされてきました。しかし、より最近の研究のいくつかは、LUCA (および同様に印象的な家系図を作成できなかった他の多くの生物) が 42 億年前には存在していた可能性があることを示しています。
もちろん、LUCA について現在私たちが知っているすべてが完全に正確であると仮定しても、それは私たちが知っている生命の形成の一部にすぎません。その真の性質を特定することは、地球の生命がどのように始まったかを研究する上で注目に値する一歩ですが、LUCA は、どう想像しても最初に知られた生物ではなく、たまたま思いついただけです。
人間は地球上の生命の秘密を利用して自ら生命を創造することができるでしょうか?
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地球上の生命がどのようにして始まったのか、不思議なことがあります。ただし、これは別の密接に関連する質問と組み合わされる傾向があります:それがどのように起こったかを正確に理解できれば、同じことを再び起こすことができるでしょうか?
科学者たちはすでに、地球上に生命を生み出す条件を再現する方法を積極的に研究しています。 2019年、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの研究チームは、深海の熱水噴出孔の状況をシミュレートして、完全に生きているわけではないが、潜在的に生命体の誕生につながる可能性のある原始細胞を作成することに成功した。ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学で行われた別の実験では、隕石衝突後の地球の初期大気中の化学状態をシミュレートすることにより、有機触媒分子を作成することに成功しました。繰り返しますが、まったく現実的なものではありませんが、潜在的にそれを促進する可能性のあるものです。
これらの研究やその他の研究により、研究者たちは地球上で生命が始まった可能性のある方法を再現しようと多忙を極めており、その過程で彼ら自身の生命が始動する可能性もある。彼らがいつか実際にそれを成功させることができれば、地球上の生命の物語は、非常に興味深い新しい章を迎えることになるでしょう。
