米国のペンシルバニア州立大学の最新の研究は、小惑星「ベンヌ」からの微量塵サンプルが、生命の基本的な構成要素が宇宙でどのように形成されたかについての科学界の伝統的な理解を変えつつあることを示した。研究チームは、約46億年前の小惑星の岩石中にさまざまなアミノ酸が存在することを確認した。これらのサンプルは、2023年にNASAの探査機「OSIRIS-REx」によって収集され、地球に持ち帰られることに成功し、生命の基本的な原材料が実際に地球外天体に広く存在していることが確認された。しかし、これらの分子が宇宙で誕生する化学経路はこれまで未解決の疑問でした。


米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載された新しい研究結果は、「ベンヌ」サンプル中のアミノ酸の一部が、科学界が長い間想定してきた方法では形成されていないことを指摘している。研究によると、彼らは温かい液体の水がある環境ではなく、極寒で輝く氷の環境で生まれた可能性が高いことがわかっています。この結論は、生命の「構成要素」であるアミノ酸の形成条件が、これまで想像されていたよりもはるかに緩やかで多様であることを意味します。宇宙には、生命の原料を生み出す可能性をまだ秘めている、一見過酷に見える場所がさらに存在するかもしれません。

論文の共同筆頭著者でペンシルベニア州立大学地球科学部の助教授であるアリソン・バチンスキー氏は、この発見は「小惑星でアミノ酸がどのように生成されるかについての従来の見解を覆す」ものであり、アミノ酸が暖かく水の多い環境の形成に限定されず、さまざまな異なる経路や条件で生成される可能性があることを示していると述べた。

「ベンヌ」塵の化学組成の秘密を解明するために、研究チームはわずか「小さじ1杯」程度の貴重なサンプルを使用し、特殊な機器を使って同位体組成の詳細な分析を実施した。これらの機器は元素の原子量の微小な違いを測定し、化学反応の履歴を追跡できる「指紋」を提供します。この分析では、最も単純なアミノ酸であるグリシンに焦点を当てました。グリシンは、生物以前の生命の化学を追跡するための重要なマーカーとみなされている、わずか 2 個の炭素原子からなる分子です。

アミノ酸は結合してタンパク質を形成することができ、タンパク質は細胞構造の構築から化学反応の触媒まで、ほぼすべての生物学的機能に関与しています。グリシンは単純な構造と多様な生産経路を持っているため、彗星や小惑星で発見された場合、生命の最初の化学原料の一部は惑星の形成よりずっと前に星間空間で合成され、隕石や塵を通じて若い地球の表面に運ばれた可能性があるという考えが強化されることがよくあります。

過去の主流モデルでは、科学者は一般に、アミノ酸は主にいわゆる「ストレッカー合成」によって生成されると考えていました。つまり、青酸、アンモニア、アルデヒドまたはケトンが液体の水環境で反応してアミノ酸分子を形成します。しかし、ベンヌのサンプルの同位体特徴は、まったく異なる経路を示しています。研究者らは、これらのグリシンの同位体比が古典的な水相の化学経路と一致せず、低温の氷層および強い放射線下での複雑な反応の結果とより一致していることを発見し、これらのグリシンが初期太陽系の外側の氷の領域に由来する可能性があることを示唆している。

バチンスキー氏は、ペンシルバニア州立大学が分析装置を特別に改造して、極度に少量の有機物中の同位体を測定できるようにしたと指摘した。この技術的進歩がなければ、この発見はまったく達成されなかったかもしれません。研究に携わるチームメンバーには、地球科学教授のクリストファー・ハウス氏、「アイヴァン・ピュー大学教授」のキャサリン・フリーマン氏、博士研究員のオフェリー・マッキントッシュ氏、地球科学博士課程の学生ミラ・マトニー氏が含まれる。

ベンヌのアミノ酸の特異性をさらに理解するために、研究者らはそれを有名なメルボルン郡隕石であるマーチソン隕石のアミノ酸と比較しました。マーチソン隕石は 1969 年にオーストラリアに落下し、炭素質隕石中の有機分子を研究するための「ベンチマーク」サンプルとなっています。この比較により、この 2 つには明確な違いがあることがわかります。マーチソン隕石のアミノ酸同位体特徴は、それらが液体の水と比較的穏やかな温度の環境で形成された可能性が高いことを示しています。このような条件は隕石母体に存在する可能性があり、初期の地球の環境と似ています。

マッキントッシュ氏は、アミノ酸が地球上の生命の起源において中心的な役割を果たしたことは科学的に一般的に同意されているため、アミノ酸が極めて重要であると指摘する。今回の研究では、「ベンヌ」サンプルのアミノ酸の同位体パターンがマーチソン隕石の同位体パターンとは完全に異なることが判明し、それらの親天体が化学環境が大きく異なる太陽系の領域で誕生した可能性が高いことを示している。これは、初期の太陽系内にさまざまな化学的「生態的ニッチ」が存在し、生命の原料生成のための多様な段階を提供していたという考えをさらに強化するものである。

この研究はまた、新たな謎を投げかけます。アミノ酸分子は通常、人間の左手と右手のように、互いに鏡像関係にある 2 つの「キラル」な形で存在します。 2 つの鏡像分子は同位体的に類似した特性を示すと考えられていました。しかし、この分析では、「ベンヌ」サンプル中のグルタミン酸と呼ばれるアミノ酸の左右のキラル型の窒素同位体組成に大きな違いがあった。化学的にはほぼ同一で、空間配置のみが鏡像である分子が、なぜこれほど異なる同位体の「特徴」を残すのでしょうか?現在、この質問に対する答えはありません。

科学者たちは、この違いの背後にある理由を理解することで、太陽系全体の生命の構成要素の生成と進化を理解するための新しい窓が開かれる可能性があると信じています。バチンスキー氏は、現在「答えよりも疑問の方が多い」と認め、研究チームは、アミノ酸がマーチソンと「ベンヌ」のアミノ酸と同様の違いを示すかどうか、あるいはより多様な形成経路や環境を示すかどうかをテストするために、さまざまなソースからのさらに多くの隕石サンプルの分析を続ける予定であると述べた。

この研究は、NASA のニュー フロンティア プログラム (OSIRIS-REx ミッションに資金提供された) を含む複数のプログラムによって資金提供され、NASA のゴダード宇宙飛行センターおよび CREST II パートナーシップ プログラムの関連科学研究協力プロジェクトによって資金提供されました。共同研究者には、NASA のゴダード太陽系探査部門の科学者のほか、ローワン大学、アメリカ自然史博物館、アリゾナ大学の月惑星研究所の研究者 (OSIRIS-REx の主任研究員ダンテ S. ローレッタを含む) も含まれています。

全体として、「ベンヌ」塵のサンプルが明らかにしたのは、想像よりも「寛容な」宇宙だということです。星から遠く離れた、寒くて放射線に満ちた宇宙の奥深くでは、生命の構成要素も静かに形成される可能性があります。この理解は、地球外生命体の可能性について人類の想像力を広げるだけでなく、「私たちはどこから来たのか?」という根本的な問いに新たな視点を加えることにもなります。