極度に塩分濃度の高い水中の微生物に関する新しい研究は、生物がこれまで居住不可能と考えられていた条件でも生き延びる可能性があることを示唆している。この研究は、太陽系全体で生命を発見する可能性を広げ、塩分の変化が地球上の水生生息地の生命にどのような影響を与えるかを示します。
この研究は、コーネル大学芸術科学部の天文学准教授であり、コーネル工学部の地球・大気科学准教授であるブリトニー・シュミット氏が率いる「時空を超えた海洋」と呼ばれる大規模な共同プロジェクトの一環である。 NASA の宇宙生物学プログラムの資金提供を受けたこのプロジェクトは、海の世界と生命がどのように共進化し、過去または現在の生命の検出可能な兆候を生み出したかを理解することを目的としています。
「超塩水中の単一細胞分析は微生物の同化活性の水分活性限界を予測する」と題されたこの新しい研究は、最近サイエンス・アドバンス誌に掲載された。この研究は、南カリフォルニア海岸沿いの工業用池の塩水中の数千個の単細胞の代謝活性の分析に基づいています。
スタンフォード大学が主導する研究により、太陽系全体の潜在的に居住可能な空間と、地球の水生生息地の一部が干ばつや水の迂回によって塩分濃度が高くなった場合に起こり得る影響についての理解が深まりました。
「塩分環境は、火星から木星の衛星エウロパに至るまで、太陽系全体に存在します。微生物が地球上のこの環境とどのように相互作用し、生き残るかを理解することは、他の場所で生命を探す上で重要です」とシュミット氏は述べた。
地球外生命体の検出に興味を持つ科学者たちは、生命には液体の水が必要であり、塩のおかげで幅広い温度範囲で水が液体のままであることを知っているため、長い間塩分環境を研究してきました。塩はまた、塩水漬けなど、生命の痕跡を保存します。
複数の研究機関のチームは、地球上で最も塩分濃度の高い水域のいくつかがあるサウスベイ製塩所からサンプルを収集しました。彼らは、製塩工場にあるさまざまな塩分濃度の池から採取した塩水を何百ものボトルに充填し、その塩水を分析しました。
ほとんどの微生物は水分活性レベル（微生物の増殖のための生物学的反応に利用できる水の量）が 0.9 未満になると分裂を停止しますが、実験室環境で細胞分裂を維持できると報告されている絶対最小水分活性レベルは 0.63 をわずかに上回ります。研究者らは生命の新たな限界を予測し、生命は0.54という低いレベルでも活動できると推定している。
生命の水の活動限界を探るこれまでの研究では、細胞分裂が停止し、生命の終わりを示す点を探すために純粋培養が使用されてきました。しかし、このような極端な条件下では、生命の倍増は痛ましいほど遅いです。細胞分裂の研究では、生命がいつ死ぬかは分かりません。実際、細胞は代謝的に活性であり、複製していなくても活気を保っている可能性があります。
代わりに、研究者らは細胞活動の限界を生命のより柔軟な定義として考慮し、細胞分裂と細胞構築の両方が生命の特徴であると主張した。
何百もの塩水サンプル（中には糖蜜と同じくらい塩辛いものもあった）を対象に、水の活性レベルと、塩水中の細胞が吸収する炭素と窒素の量を測定しました。この方法を使用すると、細胞のバイオマスが半分（1%）でも増加したことを検出することができました。対照的に、細胞分裂に焦点を当てた従来の方法では、細胞のバイオマスが約 2 倍になった後でのみ生物活性を検出できます。次に、科学者たちは、水分活性の低下に伴ってプロセスがどのように減速するかに基づいて、プロセスが完全に停止する境界線を予測しました。
この研究は、生きた水の活動限界に関するこれまでの考えに疑問を投げかけます。ほとんどの微生物は水分活性レベルが 0.9 未満になると分裂を停止しますが、この研究は、生命は 0.54 という低いレベルでも活動していることを示しています。細胞構築を含む細胞活動に焦点を当てることにより、研究者は従来の方法では検出できない条件下で生命の兆候を検出できるようになります。