超新星残骸N 63A。画像クレジット：ハッブルクリックして拡大
地球上の生命は星の死によって可能になりました。炭素や酸素のような原子は、最後の水素燃料の供給が使い果たされた後、星の最後のいくつかの死にかけたあえぎで追放されました。
この星がどのようにして生命を形成したかはまだ謎ですが、科学者たちは特定の原子の組み合わせが必要であることを知っています。水-1つの酸素原子にリンクされた2つの水素原子-は、地球上の生命の発展に不可欠でした。そのため、NASAのミッションは、他の場所で生命を見つけることを期待して、他の世界で水を探しています。地球上のすべての生命は炭素ベースであるため、主に炭素原子で構築された有機分子も重要であると考えられています。
生命の起源の最も人気のある理論は、必要な化学は海底の熱水噴出孔または太陽に照らされた浅いプールで発生したと述べています。しかし、過去数年間の発見により、生命の基本的な材料の多くは、私たちが知っているような生命が不可能である冷たい深宇宙で形成されることが示されています。
死にゆく星が炭素を吹き出すと、炭素原子の一部が水素と結合して多環式芳香族炭化水素（PAH）を形成します。 PAH（焼けたトーストの焦げた部分に似た一種の炭素すす）は、宇宙で最も豊富な有機化合物であり、炭素質コンドライト隕石の主成分です。 PAHは生細胞には見られませんが、細胞のエネルギープロセスに関与する分子であるキノンに変換できます。たとえば、キノンは光合成において重要な役割を果たし、植物が光を化学エネルギーに変えるのを助けます。
PAHの変換は、氷と塵の星間雲で発生します。空間を浮遊した後、PAHのすすは最終的にこれらの「密な分子雲」に凝縮します。これらの雲の中の物質は、宇宙の厳しい放射の一部を遮断しますが、すべてを遮断するわけではありません。フィルターを通過する放射は、PAHおよび雲の中の他の物質を変更します。
雲の赤外線および電波望遠鏡観測により、PAH、脂肪酸、単糖、わずかな量のアミノ酸グリシン、および水、一酸化炭素、アンモニア、ホルムアルデヒド、シアン化水素などの100を超える他の分子が検出されました。
雲が直接サンプリングされたことはありません—それらは遠すぎます—雲で化学的に起こっていることを確認するために、NASAのエイムズ研究センターの天体化学研究所のマックスバーンシュタインとスコットサンドフォードが率いる研究チームは、模倣する実験をセットアップしました雲の状態。
ある実験では、PAH /水混合物を塩の上に蒸着し、次に紫外線（UV）放射を照射します。これにより、研究者は基本的なPAH骨格がキノンにどのように変化するかを観察できます。水、アンモニア、シアン化水素、およびメタノール（ホルムアルデヒドの前駆体化学物質）の凍結混合物を照射すると、アミノ酸であるグリシン、アラニン、セリン（生物系で最も豊富な3つのアミノ酸）が生成されます。
科学者たちは原始的な有機細胞のような構造、または小胞を作りました。
宇宙での放射線はUVだけではないため、研究者たちはファンデグラフジェネレーターを使用して、PAHに宇宙線と同様のエネルギーを持つメガ電子ボルト（MeV）の陽子を照射しました。 PAHのMeV結果は、UV衝撃と同じではありませんでしたが、類似していた。アミノ酸のMeV研究はまだ行われていません。
これらの実験は、UVやその他の形態の放射線が、高密度の雲の低温と高圧で化学結合を分解するのに必要なエネルギーを提供することを示唆しています。原子はまだ氷に閉じ込められているため、分子は飛散せず、より複雑な構造に再結合します。
Jason Dworkinが率いる別の実験では、水、メタノール、アンモニア、一酸化炭素の凍結混合物に紫外線を照射しました。この組み合わせにより、水に浸したときに泡を形成する有機材料が得られました。これらの泡は、生命の化学を包み込み、集中させる細胞膜を連想させ、それを外界から分離します。
この実験で生成された気泡は、10から40マイクロメートルの間、またはほぼ赤血球のサイズでした。驚くべきことに、気泡は紫外線にさらされると蛍光を発するか、または輝きました。このようにUVを吸収して可視光に変換すると、原始細胞にエネルギーを供給することができます。そのような泡が生命の起源に役割を果たしていれば、蛍光は光合成の前駆体であった可能性があります。
蛍光は日焼け止めとしても機能し、紫外線によるダメージを拡散します。このような保護機能は、太陽の最も破壊的な紫外線を遮断するオゾン層が光合成生物が酸素を生成し始めるまで形成されなかったため、地球の初期の生命にとって不可欠でした。
宇宙雲から生命の種へ
宇宙の密な分子雲は、最終的に重力で崩壊して新しい星を形成します。残りのダストの一部は、後で一緒に凝集して小惑星と彗星を形成し、これらの小惑星のいくつかは凝集して惑星のコアを形成します。私たちの惑星では、生命は、手元にあった基本的な材料から生まれました。
生細胞を構築するために必要な大きな分子は次のとおりです。
*タンパク質
*炭水化物（砂糖）
*脂質（脂肪）
*核酸
隕石には、アミノ酸（タンパク質の構成要素）、糖、脂肪酸（脂質の構成要素）、および核酸塩基が含まれていることがわかっています。たとえば、マーチソン隕石には、脂肪酸の鎖、さまざまな種類の糖、5つすべての核酸塩基、70以上の異なるアミノ酸が含まれています（生命は20アミノ酸を使用しますが、マーチソン隕石には6つしかありません）。
そのような炭素質隕石は一般に組成が均一であるため、太陽と太陽系が生まれた最初の塵雲を代表していると考えられています。そのため、生命に必要なほぼすべてが最初から利用可能であり、隕石と彗星はその後、これらの物質を時間の経過とともに惑星に新鮮に運びました。
これが本当であり、分子ダスト雲が銀河全体で化学的に類似している場合、生命の成分は広範囲に及ぶはずです。
生命のための成分の非生物的生産の欠点は、それらのいずれも「生物マーカー」として使用できないことです。これは、生命が特定の環境に存在することを示す指標です。
マックスバーンスタインは、生命の証拠を提供しなかったバイオマーカーの例として、アランヒルズ隕石84001を指摘しています。 1996年に、NASAのジョンソンスペースセンターのデイブマッケイと彼の同僚は、この火星の隕石内に4つの可能なバイオマーカーがあると発表しました。 ALH84001には、PAHを含む炭素小球、生物化学を示唆するミネラル分布、細菌によって生成されたものに似たマグネタイト結晶、および細菌のような形状がありました。それぞれが人生の証拠であるとは考えられていませんでしたが、4つを合わせて説得力があるように見えました。
マッケイの発表後、その後の研究により、これらのいわゆるバイオマーカーのそれぞれが非生物的手段によっても生成される可能性があることがわかりました。したがって、ほとんどの科学者は現在、隕石には化石化した異星人の生命は含まれていないと信じる傾向があります。
「結果が出るとすぐに、人々は彼らのために銃撃をしました。それがそのやり方だからです」とバーンスタインは言います。 「私たちが火星やヨーロッパでバイオマーカーを思いついたときに間違いを犯さない可能性は、マッケイらが記事を発表した後に彼らのやったことと同等のことをすでに行っていれば、はるかに良いでしょう。」
バーンスタイン氏は、他の惑星の状態をシミュレートすることにより、科学者は化学的および地質学的にそこで何が起こっているのかを理解できると述べています。次に、惑星を訪問すると、現実が予測とどの程度一致しているかを確認できます。地球上に私たちが見つけることを期待していなかった何かがある場合、それは生命過程が状況を変えたことを示している可能性があります。
「あなたが火星またはヨーロッパに持っているものは、届けられた資料です」とバーンスタインは言います。 「さらに、あなたは、現在存在しているあらゆる状況から、その後に形成されたものを持っています。したがって、（生命を探すために）そこにある分子を見て、時間の経過とともに発生した可能性のある化学を覚えておく必要があります。」
バーンスタインは、キラリティーまたは分子の「利き手」が他の世界のバイオマーカーになる可能性があると考えています。生体分子は多くの場合、化学的には同一であるが反対の形状を持つ2つの形式で提供されます。「左利き」のものと、その鏡像、「右利き」のものです。分子の利き手は、原子がどのように結合するかによるものです。利き手は自然全体に均一に分散していますが、ほとんどの場合、地球上の生命システムは左利きのアミノ酸と右利きの糖を持っています。他の惑星の分子が利き手に異なる好みを示す場合、それはエイリアンの生命の徴候である可能性があるとバーンスタインは言います。
「火星やヨーロッパに行って、糖質やアミノ酸がキラリティーを持っているという私たちと同じバイアスを見た場合、人々はそれが汚染であると疑うだけです」とバーンスタインは言います。 「しかし、右側に偏っているアミノ酸を見た場合、または左側に偏っている糖を見た場合-つまり、私たちのフォームではない-それは本当に説得力があります。」
しかし、バーンスタインは、隕石に見られるキラル形態は地球で見られるものを反映していると指摘しています。隕石は左巻きのアミノ酸と右巻きの糖を含んでいます。隕石が地球上の生命のテンプレートを表す場合、太陽系の他の場所の生命もまた、利き手の同じバイアスを反映しているかもしれません。したがって、生命の証明にはキラリティー以上のものが必要になる場合があります。バーンスタイン氏は、「一緒に結合された2、3のアミノ酸」などの分子鎖を見つけることは、「隕石では単一の分子だけを見る傾向があるため」、生命の証拠にもなり得ると述べています。
元のソース：NASA宇宙生物学
