地球が生命を育む惑星となったのは、誕生当初に絶妙な化学バランスに達し、生命の鍵となる元素が核の奥深くに封じ込められず、宇宙に流出することもなかったからかもしれません。スイス連邦工科大学チューリッヒ校（ETH Zurich）の研究チームが主導した新たな研究は、液体の水だけでは十分ではないことを指摘している。金属核形成の初期段階では、惑星は生命にとって不可欠なリンと窒素を保持するために、非常に狭い酸素含有条件を満たさなければなりません。

遠くの星空では、惑星が適切な温度を持ち、その表面に海があるように見えるかもしれませんが、適切な化学的「レシピ」がなければ、生命が出現することは依然として困難です。研究者らは、リンと窒素が生体システムにおいて「門番」の役割を果たしていると強調した。リンは遺伝情報伝達分子や細胞エネルギー分子の重要な成分であり、窒素はタンパク質の中核要素であり、細胞の構造と機能の構築と維持に関係している。さらに重要なことは、これら 2 つの元素が惑星の表面で長期間利用できるかどうかは、惑星がまだ高温の溶融段階にあり、核がまだ形成されている段階で、大部分が「事前に決定」されていたということです。

この研究はチューリッヒ工科大学生命の起源と普遍性センターの博士研究員クレイグ・ウォルトン氏とマリア・シェーンベッヒラー教授が主導した。彼らは、惑星の表面近くでリンと窒素を保存する鍵は、惑星の金属核の形成中の酸素含有量を非常に正確な制限内で制御する必要があることであることを発見した。ウォルトン氏は、この段階で酸素が少なすぎると、リンは鉄などの重金属と結合して核に沈む傾向があり、それによって地表環境からほとんど「消滅」してしまうと指摘した。酸素が多すぎると、リンはマントル内に残ることができますが、窒素は大気中に逃げやすくなり、最終的には宇宙に失われます。言い換えれば、ある要素を保護する条件は別の要素を不足させる可能性が高く、両方を維持することが困難になります。

この化学平衡ウィンドウを定量化するために、研究チームは多くのコンピューターモデルを使用して、異なる酸素含有量の下での金属と岩石の間の元素の分配挙動をシミュレートしました。この結果は、極めて狭い範囲の中間酸化状態内でのみ、リンと窒素の両方が生命の進化に適した豊富な量でマントル内に残ることができることを示している。研究者らはこの状態を「ゴルディロックスゾーンの化学バージョン」と呼んでいます。この状態は「酸素欠乏」すぎず「酸素豊富」すぎず、ちょうどよい状態でなければなりません。ウォルトン氏は、モデルの結果は、地球がこの狭い範囲内にあることを明確に示していると述べた。つまり、酸素含有量がわずかに高いか低い場合、地球上の生命にとって十分なリンや窒素が存在しない可能性があり、生命の出現の可能性は極めて低いと考えられる。

この研究は、異なる形成条件にある他の地球に似た惑星はそれほど「幸運」ではない可能性があることも示している。火星の場合、シミュレーションによると、その形成時の酸素レベルはこの化学的な「ハビタブルゾーン」の外側にあったことが示されています。したがって、火星のマントルは地球よりも多くのリンを保持している可能性がありますが、窒素も大幅に不足しており、この組み合わせは、私たちが理解しているように、生命が住める環境ではないことを意味します。この観点から見ると、火星が安定して豊かな生物圏を維持することが難しい理由は、気候と水の不足だけではありません。その深い化学状態は最初から生命にとって好ましくありません。

この発見は、地球外生命体探索に関する科学界の戦略を静かに変えつつある。かつて、人々は系外惑星に生命が存在する可能性があるかどうかを評価する際、「液体の水が存在するかどうか」を主な基準と見なすことが多かった。惑星が星の「ハビタブルゾーン」に位置し、水が液体のままである温度であれば、それは生命の潜在的なゆりかごとみなされます。しかし、ウォルトン氏とシェーンベックラー氏は、この基準では十分とは程遠いと指摘した。なぜなら、核形成段階で酸素を含む条件が適切でないと、たとえ表面に海があり、適切な温度があったとしても、多くの惑星は化学的に最初から生命を宿すことができないからである。

これらの化学的前提条件が完全に観察できないわけではないことは注目に値します。天文学者は大型望遠鏡を使用して、他の星や惑星系のスペクトルを観察することで、惑星が形成されたときの酸素含有量と全体の化学組成を間接的に推測できます。惑星は主に星と同じ物質でできているため、惑星の「原材料のレシピ」は主に親星によって決まります。したがって、惑星系の恒星が太陽とは化学元素の分布が大きく異なる場合、その系の惑星がリンと窒素の適切なバランスを保っている可能性は大幅に減少し、生命探査の理想的なターゲットとなります。

ウォルトン氏は、この研究により地球外生命体の探索がより具体的かつ焦点を絞ったものになると述べた。従来のハビタブルゾーンにあるすべての惑星を見つけるために宇宙全体に網を張るよりも、親星が化学的に太陽に似ている星系を優先する方がよいでしょう。これらのシステムでは、惑星は出生時に地球と同様の酸素条件を獲得し、十分な量のリンと窒素を保持する可能性が高く、生命が誕生する可能性が高くなります。

関連論文は「核形成過程が地球と地球に似た惑星の化学的居住性を決定する」（仮訳）というタイトルで、2026年2月9日に「Nature Astronomy」に掲載された。研究チームは、観測技術の継続的な進歩により、人類は今後数十年以内に系外惑星の水や大気を検出するだけでなく、これらの世界に地球と同様の生命の「地下」があるかどうかを化学検査でさらに決定できると考えている。レベル。