テクノロジー「命誕生創造起源」

地球で生命が誕生できる様な環境が

約何年前にできたのか？

これをコンピューターで計算し

突き止めました

研究者が注目したのが

「RNAワールド」という

生命のかなり初期の段階です

研究チームの計算では

RNAワールドが成立するのに

最も適した時期は

約43億3000万年前だったと

推定してます

ただしこれは43億3000万年前に

生命が誕生した事が証明された

という意味ではありません

ここは非常に重要で

この論文が調べたのは主に

生命が生まれる為の温度や環境が

その頃存在できたか？

という問題です

① RNAワールド

現在の地球上の生物では

DNA → RNA → タンパク質

という仕組みが生命活動の

中心になってます

DNAは生命の

設計図の様な物です

しかし生命が誕生したばかりの時代は

現在の様な複雑な

DNA・タンパク質システムは

まだ存在しなかったと考えられてます

そこで出てくるのがRNAワールド

という考え方です

RNAは

遺伝情報を保存できる

化学反応を助ける事ができる

条件によっては自分自身の

複製に関係する働きができる

というDNAとタンパク質の

両方に少し似た性質を持ってます

そのため生命の非常に初期には

RNAを中心とした原始的な

生命システムが

存在したのではないか？

という仮説があります

② 約45億年前の地球は

　とても過酷だった

現在の地球は

液体の水がある

海がある

温度が比較的安定している

生物が暮らせる場所がたくさんある

という環境です

でも地球が出来たばかりの頃は

全く違いました

当時の地球には

小惑星・彗星・微惑星などが

大量に衝突してました

これをこの論文では後期集積

と呼んでます

簡単に言えば地球ができた後も

宇宙から大量の巨大な岩石が

地球に降ってきてたという事です

③巨大隕石が

　生命誕生を邪魔してた

巨大な天体が地球に衝突すると

もの凄い熱が発生します

場合によっては

海が蒸発する程の高温になります

論文によると月が出来た原因の

約45億1000万年前の

地球サイズ惑星衝突後は地球全体に

巨大なマグマの海が出来たと

考えられてます

その後も

直径500km以上の巨大天体などが

衝突する事で海を一時的に蒸発させ

地表温度を300℃以上にする様な

出来事が起きた可能性があります

こんな環境では

RNAや生命に必要な分子が安定して

存在するのは非常に難しい訳です

④ではいつ地球が

　生命を作れる環境になったか

これはこの論文の重要なポイントで

研究者達はコンピューターを使って

隕石衝突により地球の地下が

何℃になるのかを計算しました

地球を3次元のモデルとして作り

隕石がどこに落ちるか

どのくらいの大きさか

どのくらいの速度か

衝突によってどれくらい熱が発生するか

地下がどのくらい冷えるか

等を計算しました

なんとこれは地球全体を

対象にしたシミュレーションです

⑤約44億年前までは

　地球全体がかなり危険

計算結果では

約44億5000万年前ごろまでは

生命にとって非常に

厳しい状態だったとされてます

特に約44億7000万年前ごろには

衝突による地殻の溶解が

非常に激しくなりました

地殻の温度も非常に高くなったけど

時間が進むにつれて隕石衝突の回数が

急激に減っていき

地球は少しずつ冷えはじめました

⑥生命に使える温度の場所が

　増えていった

ここがこの論文で非常に面白い所で

地球全体が一気に

「生命に適した惑星」に

なった訳ではありません

最初は熱すぎる場所ばかりでしたが

時間が経つと地下に比較的

温度の低い場所が少しずつ

増えていきます

研究では

地下300mまでの範囲について

調べてます

約44億年前以降生命にとって

比較的穏やかな環境が

急速に増えていったと

計算されました

約43億年前には

モデル上では地下のかなり

大きな部分が穏やかな温度条件に

なってます

⑦しかも「熱い場所」が

　全部悪いわけではない

ここは少し意外で

隕石衝突によって地下が熱くなると

地下水が温められます

すると熱水場という所ができ

イメージとしては

地球の地下にできた巨大な

天然の温泉・化学工場の様な物です

水が岩石の中を通り熱と鉱物を運び

その過程で化学反応に必要な

エネルギーや物質が

集まりやすくなる可能性があります

研究者達はこの様な場所を

生命誕生の為の化学工場の様な

候補として考えてます

⑧「熱すぎる」事と

　「少し暖かい」事は違う

ここが非常に重要で

隕石が衝突すると

200℃以上になる場所もできます

しかしそのすぐ近くに

50℃以下の場所が残ってる可能性が

あります

つまり地球全体が

同じ温度だったわけではない

という事です

熱い場所と比較的冷たい場所が

モザイク状に存在してました

研究では

約44億5000万年前の時点でも

隕石衝突の影響を受けていない

地下100～300mの場所には

50℃以下の領域が存在したと

計算されてます

⑨RNAが壊れない温度も調べた

研究者達はRNAやDNAなどの分子が

どの程度の温度なら

安定してられるか

という点も計算に入れてます

特にRNAワールドについて

約60℃以下がRNAワールドを

成立させる為の

かなり慎重な目安として使いました

また

DNA：約140℃未満

RNA-DNA複合体：約60℃未満

等の基準もモデルに使用してます

ただしこれは

60℃なら生命が必ず生きられる

という意味ではありません

あくまで生命に必要な分子が

長期間壊れずに存在できる可能性を

評価するためのモデル上の基準です

⑩隕石衝突は

　生命を壊すだけではなかった

隕石衝突には悪い面の

地面を溶かす

海を蒸発させる

高温にする

生命や生命の材料を壊す

という面があります

しかし同時に良い可能性の

地下を温める

地下水を循環させる

化学反応のエネルギーを作る

鉱物を反応の材料として

利用できる環境を作る

という面もあります

つまり隕石衝突は生命を邪魔する

「破壊者」であると同時に

生命誕生に必要な化学反応を助ける

エネルギー源になった可能性もある

という事です

⑪約44億年前を境に

　地球が大きく変わった

研究結果を簡単に時間順にすると

こんな感じです

時期地球の状態約45.1億年前

月を作った地球大惑星衝突

地球は非常に高温約45～44.5億年前

巨大隕石が多数衝突

約44.7億年前衝突による

地殻の加熱・溶解が非常に激しい

約44億年前巨大衝突が

大幅に減る

約43.3億年前RNAワールドに

適した条件が特に整った時期

約43億年前熱水環境が多く存在

約42億年前ごろLUCAが

存在したと考えられる時期

約38.3億年前

既に生命圏が存在した事を示す

地球化学的証拠

この論文では

特に約43億3000万年前を

重要なポイントとして扱ってます

⑫LUCAって何？

ここでLUCAという

言葉が出てきます

これは「最後の共通祖先」と

呼ばれます

簡単に言えば

現在地球上にいる生物全てが

遠い昔に共有していた祖先です

人間も犬も魚も植物も細菌も

全ての現生生物をずっと遡ってくと

共通する祖先がいたと言う考えが

LUCAです

⑬ LUCAは「最初の生命」ではない

ここは非常に重要で

LUCA＝最初の生命ではありません

LUCAが登場するまでに

それより前の生命や生命に近い物が

長い時間をかけて進化してた

可能性があります

論文もLUCAはDNAを使う生物の

最初の存在を意味する物ではないと

注意してます

つまり

生命の誕生

↓

原始的なRNAなど

↓

RNAワールド

↓

さらに進化

↓

DNAを使う生命

↓

LUCA

↓

現在のすべての生命

という様な長い歴史があった

可能性があります

⑭RNAワールドは

　LUCAより少し前？

研究チームの計算では

RNAワールドの「最適な時期」が

約43億3000万年前

LUCAは

約40億9000万～43億3000万年前

とされてます

LUCAの推定には幅があり

研究者達はその平均的な時期を

約42億年前として

RNAワールドに適した環境ができた

約43億3000万年前からLUCA迄には

約1億3000万年程度あったとしてます

⑮「熱水地帯」が重要だった

研究では

熱水システムの数も調べてます

結果として約43億年前ごろに

熱水環境が非常に多く存在したと

計算されました

その後地球内部が冷えていくにつれ

熱水システムも減ってきます

つまり約43億年前の地球には

生命誕生に使える可能性のある

温かくて化学反応が

起こりやすい場所が

たくさん存在したという事です

⑯では生命ができた後に

　隕石で全部消えなかったの？

研究者たちは

この問題も調べてます

約45～44.8億年前ごろは

海を完全に蒸発させる程の巨大衝突が

かなり頻繁に起きる可能性が

ありました

しかし約44億年前を過ぎると

そのような巨大衝突は急激に

減少しました

約44億年前以降は

研究モデルで海を完全に

蒸発させるような衝突は

1000万年あたり0～1回程度

という非常に低い頻度になってます

そのため生命が長期間生き残り

進化できる環境が

徐々にできていったと

研究者達は考えてます

⑰生命が生まれる為には

　「温度」だけではない

ここもこの論文を読むうえで

大切です

この研究は生命の誕生そのものを

再現した研究ではありません

主に温度・熱・隕石衝突・地下環境を

計算してます

生命が実際に誕生する為には

水

炭素

窒素

リン

水素

有機物

エネルギー

鉱物

化学反応

等様々な条件が必要です

しかも「温度が丁度よかった」＝

「必ず生命が生まれる」

ではありません

研究者自身もRNAがどの様な

化学反応を経て

生まれたのかについては

まだ大きな不確実性があるとしてます

⑱ RNAだけが最初だったとは

　限らない

現在「RNAワールド」という

考え方だけでなく

「RNA＋ペプチド」の様な

世界だった可能性も研究されてます

つまりRNAだけが

最初に存在したではなく

RNAと小さなタンパク質の様な

分子が一緒に進化した可能性も

あります

論文でもこの様な

「RNAペプチド世界」

という別の考え方を紹介してます

⑲ この研究には限界もある

この研究は

「43億3000万年前に生命が誕生した」

と証明した訳ではありません

あくまで地球の熱環境を

コンピューターで再現した結果

RNAワールドが成立するのに

適した条件が最も整っていた時期が

約43億3000万年前だった

という研究です

更にモデルでは

隕石衝突による熱水循環を

完全にシミュレーションしている

わけではありません

熱水システムについては

主に温度と地熱勾配から

「こういう場所があり得る」と

推定してます

また隕石が地球に落ちた時の

熱い岩石の破片や蒸発した岩石が

遠くまで降り注ぐ影響なども

モデルに完全には入ってません

⑳それでも研究者が

　「4.33 Ga」に注目した理由

いろいろな条件を合わせると

約44億年前

↓

巨大衝突が減る

約43億年前

↓

地下に比較的安定した場所が増える

↓

熱水環境が多く存在

↓

化学反応に利用できる

エネルギーがある

↓

RNAなどの分子が安定して

存在できる場所が増える

約43億3000万年前

↓

RNAワールドにとって最も

条件が良かった

「スイートスポット」が完成

という結果になりました