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小惑星リュウグウのサンプルにRNAの主要構成要素であるウラシルが含まれていることが判明

地球上に生命はどのようにして誕生したのだろうか?この問いは、私たちが地球上で存在することの本質に関わるものだ。

生命は、宇宙の破片が集まって地球ができた後に残された原始のスープと呼ばれる有機化合物の間で起こる化学反応から単純に生じたのか?もしそうであるなら、その有機化合物はどこから来たのだろうか?

こうした疑問は未だ解決していないが、いわゆる「生命の構成要素」とされるものは、初期の太陽系で意外と一般的だったかも知れない。

日本とアメリカの研究チームは、2018年にはやぶさ2プロジェクトによって小惑星リュウグウから採取された試料を分析し、RNAとDNAの5つの主要な塩基のうちの1つであるウラシルを発見したことを報告している。この研究成果は、2023年3月21日に『Nature Communications』に掲載された。

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小惑星探査機はやぶさ2がリュウグウでウラシルとビタミンを含むサンプルを採取するイメージ図(Credit: NASA Goddard/JAXA/Dan Gallagher)

生命の発展は基本的に、単純な有機分子を組み合わせて、生物としての反応に関与できる複雑な化合物を作ることだ。

単純なアミノ酸が、より複雑な分子の構築において構成要素として働いていると考えられている。しかし、これはただの単純な組み合わせの問題ではない。

人間のゲノムの最大の「かたまり」である1番染色体は、2億4,900万の塩基対(DNA分子のねじれた梯子の段)からできています。塩基対は、グアニンとシトシン、またはアデニンとチミンの2つの塩基で構成されている。

単純な塩基対の化学物質からDNAの完全な鎖を作ることは、大変な作業だ。DNAの鎖は複雑な構造を持ち、個体ごとに異なる。地球上の生命は、DNAの構造を使って、関与する生命形態の構築を記憶している。

DNAと並行して、生命はRNAという分子を使ってタンパク質を作り、細胞内で他の仕事を行っている。RNAもまた、グアニン、シトシン、アデニン(DNAと同様)の塩基からなる長い鎖でできているが、チミンの代わりにウラシルが含まれている。このウラシルが、今回リュウグウからのサンプルで見つかったものだ。

リュウグウは、C型または炭素質の小惑星と呼ばれている。これらは、小惑星帯で最も一般的なタイプであり、私たちが見ることができる小惑星の約75%を占めている。

はやぶさ2ミッションによって、リュウグウのようなC型小惑星が、地球上で稀に見つかる炭素質コンドライトと呼ばれる種類の隕石の源であることが確認された。

ウラシルや他の有機分子はこれまでにも隕石から見つかっているが、分子が地球由来である可能性を排除する方法はなかった。隕石サンプルは地球上で汚染されたか、大気中を落下する際に加熱されて化学組成が変化した可能性がある。

しかし、リュウグウからのサンプルは小惑星の表面から採取され、密閉された容器で持ち帰られたため、汚染や地球に来たことによる影響がないことが科学者たちによって認められている。

さらに、リュウグウ上のアミノ酸の存在は、太陽風、微小隕石、宇宙線にさらされた小惑星表面でさえ、有機分子が太陽系を通じて輸送される際に生き残ることができることを示している。

これまでにもリュウグウのサンプルからは、すでにさまざまな有機化合物が見つかっている。

アミノ酸などの多くの有機分子は、左手型と右手型の2つの形態がある。地球上の生命は左手型のアミノ酸に依存しているが、リュウグウのサンプルでは両方の形態が同じくらい一般的であり、これはリュウグウで見つかった分子が生命の兆候ではないことを示している。

太陽系は約45億7000万年前に、紫外線放射や陽子による粒子の爆撃を受けた分子塵雲から形成された。

この分子雲には、メタン(CH₄)、水(H₂O)、アンモニア(NH₃)などの単純な分子が含まれていた。これらの分子は放射線によって分解され、その断片はアミノ酸のようなより複雑な分子に再構成されるだろう。

リュウグウのようなC型小惑星は、太陽から十分遠くに形成されたと考えられており、含まれる水や二酸化炭素は凍結したままだったとされている。しかし、小惑星が温まり氷が溶けると、液体の水が岩石や鉱物と反応することができるようになる。

このような条件がより複雑な有機分子の生成につながったかどうかは未解決の問題だが、これらの条件はさらなる反応に適していることは間違いないだろう。また、これらの条件は、さまざまな化合物の生存に影響を与える可能性がある。

はやぶさ2がリュウグウから持ち帰ったサンプルは、地球上の生命の始まりとされる有機化合物の起源を理解する新たな文脈を提供している。しかし、それでも初期の地球でこれらの有機化合物が利用可能になり、生命が形成されるまでには大きなステップが必要だ。


論文

参考文献

研究の要旨

はやぶさ2探査機が採取した地球近傍の炭素質小惑星(162173)リュウグウの原始的なサンプルは、地球の大気や生物圏に無秩序にさらされることなく、地球外物質の原始的な分析を可能にした。可溶性有機物の初期分析チームは、リュウグウ試料からラセミアミノ酸を含む多種多様な有機分子を検出したことを報告した。ここでは、リボ核酸を構成する4つの核酸塩基のうちの1つであるウラシルをリュウグウサンプルの水抽出液から検出したことを報告する。また、窒素複素環分子の探索として、ニコチン酸(ナイアシン、ビタミンB3)とその誘導体、イミダゾールが検出された。A0106とC0107でウラシルの濃度に差が見られたのは、紫外線や宇宙線などの高エネルギー粒子による変質の度合いの違いに関係している可能性がある。本研究は、このようなプレバイオティクスに関わる分子が、リュウグウを含む炭素質小惑星で一般的に形成され、初期の地球に届けられたことを強く示唆している。

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