スタンフォード大学の新しい研究は、生命は水滴間の「マイクロライトニング」によって発生する継続的な電気ショックによって始まった可能性があることを示唆しています。進化系図における最も重要なミッシングリンクは最初のものです。生きた細胞はどのようにして無生物から生じるのでしょうか?初期の地球には、私たちが知っているような生命に必要な成分を含む原始のスープが存在していたという見方があります。必要なのは、無機化合物を有機物に変える化学反応を開始するための特定の触媒だけでした。
最も根強いアイデアの 1 つは、落雷によってこの火花が発生する可能性があるというものです。 1952 年の画期的なミラー・ユーレイ実験では、水とガス (初期の地球の大気を表すために使用された) が入ったフラスコに電気ショックが与えられ、特定のアミノ酸やその他の重要な生体分子が生成されることが判明しました。
しかし、この仮定にはいくつかの問題があります。このプロセスが海洋で起こった場合、生成される化学物質は、広く生命を開始するには薄すぎるでしょう。浅い池で発生した場合、そのような狭い空間で落雷が発生する可能性はほとんどありません。
新しい研究で、スタンフォード大学の科学者らは、電気エネルギーはより一般的で安定した電源、つまり彼らがマイクロライトニングと呼ぶものから来ている可能性があると提案しています。海の波や滝などから水滴が空気中に放出されると、それらの間に小さな電荷が形成されます。これらの小さな電気ショックは、外部電気を必要とせずに複雑な化学反応を引き起こす可能性があります。
「微視的に帯電した水滴間の微小放電は、ミラー・ユーレイ実験で以前に観察されたすべての有機分子を生成しました。そして、これは生命の構成要素を形成する分子の前生物的合成のための新しいメカニズムであると私たちは信じています」と研究の上級著者であるリチャード・ゼアは述べた。
このアイデアをテストするために、研究者らはミラー・ユーレイ実験の最新バージョンを実施しました。実験が始まると、タンクは窒素、メタン、二酸化炭素、アンモニアなど、初期の地球を模したガスで満たされていました。ガス混合物の中に、室温の水の小さな液滴を噴霧しました。
詳細に検査すると、大きな水滴はプラスに帯電する傾向があり、小さな水滴はマイナスに帯電する傾向があることがわかりました。基本的な物理学によれば、逆に帯電した液滴が互いに近づくと、小さな電荷が液滴の間を飛び越えます。
通常の状況では速すぎて見ることができませんが、研究者らは高速度カメラを使用して小さな光のフラッシュを捉え、この現象が実際に存在することを確認しました。
重要なのは、古代の大気サンプルでは、水を噴霧するだけで空気がイオン化し、シアン化水素、グリシン、ウラシルなどの炭素と窒素の結合を持つ有機分子の形成を引き起こすのに十分だったということです。これらの結合は有機化学において最も一般的なものの 1 つであり、結合が発生する分子はタンパク質や DNA の構成要素となります。
「雷は断続的で予測不可能な現象であり、ウォータージェットは地球上で非常に一般的であることを考えると、私たちの研究結果は炭素と窒素の結合の非生物的な形成の可能性のある別の経路を提供すると信じています」と研究者らは書いている。 「これは、波、滝、その他の水流が地球上で大量の有機化合物をかき混ぜた可能性があり、これらの構成要素が最終的に蓄積されて初期の生命体になった可能性があることを意味します。」
この研究は、Science Advances誌に掲載されました。