映画「アバター」では、エイリアンの月パンドラがエイリアンの生命で溢れていることが一目でわかります。 1グラムの土壌に5,000万の細菌生物が存在し、世界的な細菌バイオマスはすべての植物および動物のそれを超えています。微生物は、温度、塩分、酸性度、放射線、および圧力の極端な環境で成長する可能性があります。私たちが太陽系の他の場所で生命に遭遇する可能性が最も高い形態は微生物です。
宇宙生物学者は、異星人の微生物の生命やその化石化した遺物の存在を推測するための戦略を必要としています。彼らには、他の星の遠方の惑星での宇宙人の存在を推測するための戦略が必要です。これらのことをするために、彼らは生命の定義を望んでいます、それは生命と生命でないことを確実に区別することを可能にするでしょう。
残念ながら、このシリーズの最初の記事で見たように、私たちの生物に関する知識は非常に成長しましたが、哲学者や科学者はそのような定義を生み出すことができませんでした。宇宙生物学者は、部分的であり、例外がある定義でできる限り最善を尽くします。彼らの検索は、地球上での生活の特徴に焦点を当てています。これは、私たちが現在知っている唯一の生命です。
最初の記事では、地球上の生命の構成が地球外の生命の探索にどのように影響するかを見ました。天文学者は、かつて液体の水を含んでいた、または現在含まれている、炭素に基づく複雑な分子を含む環境を検索します。しかし、多くの科学者は、生命の本質的な特徴を、その構成の代わりにその能力と関係があると考えています。
1994年に、NASA委員会は、カールセーガンの提案に基づいて、生命の定義を「ダーウィンの進化が可能な自立化学システム」として採用しました。この定義には、代謝と進化という2つの機能が含まれています。これらは通常、生命の定義で言及されています。
代謝は、生物がエネルギーを積極的に使用して、自身を維持し、成長させ、発達させる一連の化学プロセスです。熱力学の第2法則によれば、外部環境と相互作用しないシステムは、時間の経過とともにより無秩序で均一になります。生き物は、外部環境のエネルギー源を利用して代謝を促進するため、ありそうもない高度に組織化された状態を構築して維持します。
植物や一部のバクテリアは太陽光のエネルギーを利用して、より単純なサブユニットからより大きな有機分子を製造しています。これらの分子は、後で他の化学反応によって抽出されてそれらの代謝を促進することができる化学エネルギーを保存します。動物や一部の細菌は植物や他の動物を食物として消費します。彼らは、彼らの貯蔵された化学エネルギーを抽出するために、彼らの食物中の複雑な有機分子をより単純なものに分解します。一部の細菌は、化学合成の過程で非生物源に由来する化学物質に含まれるエネルギーを使用できます。
2014年の記事で 宇宙生物学、ハーバードの進化生物学者であるルーカスジョンミックスは、生命の代謝的定義を ハルデンライフ 先駆的な生理学者J. B. S.ハルデンの後。ハルデン生命の定義には問題があります。木星の大赤斑のような竜巻と渦は、秩序だった構造を維持するために環境エネルギーを使用しますが、生きていません。火は環境からのエネルギーを使用して、それ自体を維持し、成長させますが、生きていません。
その欠点にもかかわらず、宇宙生物学者はハルデンの定義を使用して実験を考案しました。バイキング火星着陸船は、これまでのところ、火星微生物の想定される代謝活動を検出することにより、地球外生物を直接テストする唯一の試みを行いました。彼らは火星の代謝はその地球の対応物と化学的に類似していると仮定しました。
1つの実験では、栄養素の代謝破壊を検出してより単純な分子に変換し、エネルギーを抽出しようとしました。 2つ目は、光合成の廃棄物として酸素を検出することを目的としています。 3分の1は、より単純なサブユニットからの複雑な有機分子の製造を示すことを試みました。これは、光合成中にも発生します。 3つの実験すべてが良い結果をもたらしたようですが、多くの研究者は、詳細な発見は生物学なしで土壌中の化学酸化剤によって説明できると信じています。
バイキングの結果のいくつかは、今日でも議論の余地がある。当時、多くの研究者は火星の土壌で有機物質を見つけることができなかったため、代謝結果を生物学的に解釈することは不可能であると感じていました。火星の土壌にはバイキング分析中に過塩素酸塩によって破壊された可能性のある有機分子が実際に含まれており、火星の表面に液体の水がかつて豊富であったという最近の発見は、バイキングが実際に検出に成功したかもしれないという主張に新しい説得力を与えています生活。しかし、バイキングの結果だけでは、火星に生命が存在することを証明したり、除外したりすることはできませんでした。
生命の代謝活動は、惑星の大気の構成に彼らの痕跡を残すかもしれません。 2003年、ヨーロッパのMars Express宇宙船は火星の大気中に微量のメタンを検出しました。 2014年12月、NASAの科学者のチームは、火星の表面から大気中のメタンを検出することにより、好奇心の火星探査車がこの発見を確認したと報告しました。
地球の大気中のメタンのほとんどは、生物またはそれらの残骸から放出されます。化学合成をエネルギー源として使用する地下の細菌生態系は一般的であり、代謝廃棄物としてメタンを生成します。残念ながら、メタンを生成する可能性のある非生物学的地球化学プロセスもあります。したがって、もう一度、火星のメタンは、生命の印としてイライラしてあいまいです。
他の星を周回する太陽系外惑星は遠すぎるため、予見可能な将来に宇宙船で訪れることはできません。天文学者は、まだハルデンの定義を使って、彼らの生命を探すことを望んでいます。近い将来の宇宙望遠鏡では、天文学者は、大気によって反射または透過される光の波長のスペクトルを分析することにより、これらの惑星の大気の構成を知りたいと望んでいます。 2018年に打ち上げ予定のジェームズウェッブ宇宙望遠鏡は、このプロジェクトで最初に役立つでしょう。天文学者は大気中のバイオマーカーを検索したいと考えています。生物の代謝廃棄物であるガス。
もう一度、この探求は、私たちが現在持っている生命をもたらす惑星の唯一の例によって導かれます。地球。地球の大気の約21％は酸素です。酸素は非常に反応性の高いガスであり、他の物質と化学的に結合する傾向があるため、これは驚くべきことです。遊離酸素は私たちの空気からすぐに消えます。損失は光合成の代謝廃棄物として放出する植物やバクテリアによって絶えず置き換えられているため、存在し続けます。
化学合成細菌が原因で、痕跡量のメタンが地球の大気中に存在しています。メタンと酸素は互いに反応するので、生物が絶えず供給を補充していなければ、どちらも長く留まることはありません。地球の大気には、代謝副産物である他の微量のガスも含まれています。
一般に、生物はエネルギーを使用して、地球の大気を、生命がなければ到達するであろう熱力学的平衡から遠く離れた状態に維持します。天文学者は、同様の生命を宿す状態にある大気を持つ惑星を疑います。しかし、他の場合については、非生物学的可能性を完全に排除することは難しいでしょう。
代謝に加えて、NASA委員会は進化を生物の基本的な能力として特定しました。進化のプロセスが発生するためには、システムのグループが必要であり、各システムはそれ自体を確実に複製することができます。再現の一般的な信頼性にもかかわらず、システムが異なる特性を持つようになるために、生殖プロセスに時々ランダムなコピーエラーがなければなりません。最後に、システムは、環境内での特徴的な特性の利点または欠点に基づいて、存続および再現する能力が異なる必要があります。このプロセスが何世代にもわたって繰り返されると、システムの特性はその環境によりよく適応するようになります。非常に複雑な特性は、段階的に進化することがあります。
これという名前のミックス ダーウィンライフ 定義は、19世紀の博物学者チャールズダーウィンの後の進化論です。ハルデインの定義と同様に、ダーウィンの生命の定義にも重要な欠点があります。私たちが生きていると思うかもしれないすべてのものを含む問題があります。たとえば、ラバは繁殖できないので、この定義では、生きているとは見なされません。
そのような欠点にもかかわらず、ダーウィンの生命の定義は、生命の起源を研究する科学者と宇宙生物学者の両方にとって非常に重要です。ダーウィンの理論の現代版は、多様で複雑な生命形態が初期の単純な形態からどのように進化するかを説明できます。生命の起源の理論は、最初の単純な形がそもそも進化する能力をどのように獲得したかを説明するために必要です。
太陽系の他の惑星や月に見られる化学系や生命体は、ダーウィンの定義が確立している生命と非生命の境界に近いほど単純である可能性があります。定義は、彼らが見つけた化学システムが本当に生命体として適格であるかどうかを決定しようとする宇宙生物学者にとって不可欠であることが判明するかもしれません。生物学者はまだ生命がどのように生まれたのか知りません。宇宙生物学者がダーウィン境界の近くにシステムを見つけることができる場合、彼らの発見は生命の起源を理解するために極めて重要であるかもしれません。
宇宙生物学者はダーウィンの定義を使用して地球外生命体を見つけて研究できますか？巡回する宇宙船が進化の過程自体を検出できる可能性は低いです。しかし、進化の過程に参加するために生物が必要とする分子構造を検出することができるかもしれません。哲学者マーク・ベダウは、進化を遂げることができる最小限のシステムには3つのものが必要であると提案しました：1）化学的代謝プロセス、2）システムの境界を確立するための細胞膜のような容器、および3）化学物質代謝活動を指示することができる「プログラム」。
ここ地球上では、化学プログラムは遺伝子分子DNAに基づいています。多くの生命起源理論家は、最も初期の陸生生物の遺伝分子は、より単純な分子のリボ核酸（RNA）であった可能性があると考えています。遺伝的プログラムは、たまにしかエラーを起こさずに生殖の複製プロセスを安定させるため、進化的プロセスにとって重要です。
DNAとRNAの両方が生体高分子です。多くの繰り返しサブユニットを持つ長鎖状分子。これらの分子のヌクレオチド塩基サブユニットの特定の配列は、それらが運ぶ遺伝情報をコード化します。分子が遺伝情報のすべての可能なシーケンスをエンコードできるように、サブユニットが任意の順序で発生することが可能でなければなりません。
コンピュータゲノミクスの研究者であるスティーブンベナーは、宇宙船の実験を開発して外来の遺伝的生体高分子を検出できる可能性があると考えています。彼は、DNAとRNAは非常に珍しい生体高分子であり、それらのサブユニットが発生する順序を変更しても化学的性質は変化しないと述べています。これらの分子があらゆる可能な遺伝暗号配列の安定した担体であることを可能にするのはこの異常な特性です。
DNAとRNAはどちらも高分子電解質です。負電荷の規則的に繰り返される領域を持つ分子。ベナーは、これが彼らの驚くべき安定性を説明するものであると信じています。彼は、外来の生体高分子も高分子電解質である必要があり、宇宙船がそのような高分子電解質分子を検出するための化学的試験を考案できると彼は考えている。 DNAの対応するエイリアンを見つけることは非常にエキサイティングな見通しであり、エイリアンの生命を特定するパズルのもう1つのピースです。
1996年にクリントン大統領は、火星での生命の発見の可能性を劇的に発表しました。クリントン大統領の演説は、アランヒルズ隕石を使ったデビッドマッケイのチームの発見によって動機付けられました。実際、マッケイの調査結果は、可能性のある火星の生命のより大きなパズルのほんの一部にすぎないことがわかりました。エイリアンがいつか私たちの待っているカメラをぶらぶらしない限り、地球外生命体が存在するかどうかの問題は、単一の実験または突然の劇的な突破によって解決される可能性は低いです。哲学者や科学者には、人生について明確な定義が1つありません。したがって、天文学者は、問題を解決するための単一の確実なテストを持っていません。火星や太陽系のどこかに単純な生命体が存在する場合、多くの収束している証拠に基づいて、その事実が次第に明らかになる可能性があります。何を探しているのかは、見つかるまでわかりません。
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バイキングマーズの着陸船は、生命のビルディングブロックを見つけましたか？欠けているピースはパズルの新しい外観を刺激します。 Science Daily特集2010年9月5日
NASAの探査機は、カリフォルニア工科大学のジェット推進研究所の火星、2014年12月16日のニュースで、活発な古代有機化学を発見しました。
