有機分子は宇宙の冷たい場所からやってきた

ご存知のように、生命は化学に基づいている。生命が誕生するはるか以前から、地球上にはプレバイオティックな化学的構成要素が存在していた。宇宙生物学と宇宙化学は、これらの構成要素の形成に焦点を当てている。また、今日私たちが知っているすべての生命体を生み出す上で、それぞれが果たした役割にも注目する。

宇宙化学者は長い間、多環芳香族炭化水素（PAH）と呼ばれる有機分子が宇宙に豊富に存在することを知っていた。科学者たちは、PAHが地球上の生命形成に重要な役割を果たした可能性の高いプレバイオティクスの構成要素であると考えている。しかし、その起源についてはよくわかっていない。長い間、科学者たちは、PAHが1000K程度の高温になる領域で形成されるのではないかと考えてきた。それは、星形成分子雲や星状円盤のような、PAHを作るための化学活動を促進するエネルギーを供給するような場所である。また、近くのエネルギー源（恒星など）によって炭素を多く含む塵粒が処理される過程で形成される可能性もある。

しかし、小惑星と隕石の最近の研究から、PAHの一部は宇宙の低温領域でも形成されることが判明した。この発見は、他の惑星や天体における生命の化学的な旅を理解するための新しい道を開くものである。

有機分子の解明

カーティン大学西オーストラリア有機・同位体地球化学センターの研究者であるKliti Grice教授によれば、これらの物質を理解することは大きな一歩である。「PAHは炭素と水素からなる有機化合物で、地球上では一般的ですが、小惑星や隕石のような天体にも存在します」とGrice教授は言う。

PAHは星間物質に広く存在し、宇宙全体の銀河で検出されている。一般的には、冷たい分子ガスのトレーサーとして利用され、星や惑星が形成される場所である。

そのため、科学者たちは宇宙から地球までの経路をたどり、宇宙由来のPAHと地球由来のPAHを比較したいと考えている。というのも、PAHは最終的に生命の形成につながる物質の前駆体である可能性が非常に高いからだ。そのため、他の天体におけるPAHの存在は、科学者が生命の形成と進化を理解する上で興味深いものとなっている。

地球外では、PAHは恒星の周辺、分子雲、惑星（および他の天体）で発見された炭素の約30％を占めている。地球上では、多くのPAHが石炭鉱床や石油貯留層に存在する。また、森林火災のように植物が燃焼することでも生成される。PAHは土壌に浸透し、最終的には植物（の一部）に蓄積される。

有機分子と岩石体

Grice教授は、小惑星リュウグウと有名なマーチソン隕石のPAHがどこで生成されたかを解明する国際研究チームの一員である。チームは、植物を燃やすという珍しい化学プロジェクトから始めた。というのも、植物には地球上で形成されるPAHsが含まれているからである。「私たちはオーストラリアの植物に対して制御された燃焼実験を行いました。 2020年に日本の探査機によって地球に帰還した小惑星リュウグウの破片に含まれるPAHや、1969年にオーストラリアに落下したマーチソン隕石と同位体比較しました。 PAH 内の軽炭素同位体と重炭素同位体間の結合を分析して、それらが形成される温度を明らかにしました」。

ハイテクを駆使してリュウグウとマーチソンを調査した結果、研究チームはわずかに性質の異なる2種類のPAHの発生源を発見した。「小さいものは冷たい宇宙空間で形成された可能性が高く、大きいものは恒星の近くや天体内部のような暖かい環境で形成された可能性が高い。

リュウグウは太陽系の歴史の初期に形成されたので、特に興味深い。リュウグウの化学的分析を行ったところ、いくつかのPAHが検出された。また、有機硫化物（硫黄を含む化合物）も検出された。これらはすべて、非常に冷たい星間雲で形成された可能性が高い。つまり、これらは太陽系が形成される以前から存在していたことになり、リュウグウのかけらは太陽や惑星よりも古いことになる。

生命の経路におけるPAH

なぜ科学者たちはPAHに興味を持つのだろうか？生命の前駆物質としてのPAHの役割は興味深い。PAHsが宇宙空間に存在しうるという事実は、地球外の生命に関する研究の道を開く。さらに、PAHの存在は、PAHを含む生体について新たな洞察を与えてくれる。

研究チームのメンバーであるAlex Holman博士は、天体に存在するPAHの同位体組成を研究することで、その形成条件を垣間見ることができると語った。「この研究は、有機化合物が地球外でどのように形成され、宇宙空間でどこからやってくるのかについての貴重な洞察を与えてくれます。結局のところ、宇宙の他の場所で生命を探すためには、異なる形成環境を経て生命がどのような化学的経路をたどるかを理解することが重要な情報となるのです」。

この記事は、CAROLYN COLLINS PETERSEN氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。