約40億年前、地球上で最初の生命の構成要素が無機分子から誕生しました。ただし、これには、自然条件下で通常発生するよりも大幅に高い濃度のリン酸鉱石が必要でした。研究者たちは現在、このパズルに対する解決策の可能性を発見しました。カナダのラスト チャンス湖などの浅いソーダ湖は、リン酸塩が著しく蓄積する可能性がある条件を示しています。初期の地球の湖も同様の条件を提供していた可能性があります。水と火山岩を備えた他の惑星も、生命の発達の要件を満たす可能性があります。
適切な条件下では、生命の複雑な分子が無機分子から自発的に発生する可能性があります。研究者たちはすでに実験室でこれらのステップを再構築しています。そこで彼らは、タンパク質の構成要素であるアミノ酸と、DNA と RNA の構成要素であるヌクレオチドの両方を作成しました。問題は、これに必要なリン酸塩濃度が、地球の水中で通常発生する値よりも数百万倍高いことです。
例外的な環境条件
シアトルのワシントン大学のセバスチャン・ハース率いるチームは、このいわゆるリン酸塩問題に対する解決策の可能性を発見しました。ソーダ湖と呼ばれる地球上の特定の湖には、場合によってはリン酸塩を含む、非常に高濃度の多数のミネラルが含まれています。研究チームは以前の研究で、室内実験と化学モデルを用いて、自然過程を通じてこれらの湖にリン酸塩が大幅に蓄積する可能性があることをすでに示していた。この方法で達成される濃度は、生体分子の作成を可能にするのに十分である可能性があります。
今回の研究で、ハースと彼のチームは、これらのソーダ湖の 1 つ、カナダのブリティッシュコロンビア州にあるラストチャンス湖を調査しました。湖の深さはわずか約 1 メートルで、火山性の玄武岩の上にあります。水はこの岩石からナトリウム、炭酸塩、マグネシウム、リン酸塩などのミネラルを溶解します。周囲の大気は乾燥しており、風が強いため、大量の水分が蒸発します。これにより、湖中のミネラルが濃縮されます。 「世界中でこれほど天然のリン酸塩濃度が高い水域は知られていない」と研究者らは言う。
リン酸塩の蓄積の仕組み
ハースと彼のチームは、一年のさまざまな時期に湖とその堆積物からサンプルを採取し、化学プロセスを調べました。彼らは、さまざまなプロセスが連携してリン酸塩が蓄積し、他の化合物に変換されないことを発見しました。他のほとんどの湖では、リン酸塩はカルシウムと反応し、リン酸カルシウムとして堆積します。一方、ラスト チャンス レイクでは、カルシウムは主に豊富な炭酸塩とマグネシウムと反応します。したがって、リン酸塩は遊離したままになります。また、湖はリン酸塩を消費する可能性のあるほとんどの生物にとって塩分が多すぎるため、生物学的プロセスによってほとんど分解されません。
「この研究は、蒸発するナトリウム湖が生命の起源に必要な化学的要件を満たす環境を提供するという証拠をさらに裏付けるものです」とハースの同僚デイビッド・キャトリングは言う。 「玄武岩はおそらく初期の地球に広範囲に広がっていたため、当時の大気と水には現在よりも酸素が少なく、生命はまだ存在していなかったので、ソーダ湖が形成され、生命の出現の基礎となったと考えられます。」リン酸塩を消費していたとしても、古代のナトロン湖の濃度はおそらくさらに高かったでしょう。
他の惑星にも？
研究者らによると、同様の状況が他の惑星でも起こり得るという。 「火山岩は多くの惑星の表面で発生するため、液体の水が存在していれば、初期の地球だけでなく、初期の火星や初期の金星でも同じ水の化学反応が起こった可能性があります」とハース氏は言う。研究者らによると、ラストチャンス湖は、40億年前に地球上の生命が誕生した可能性がある条件、そして他の惑星で同様のプロセスが起こるにはどのような条件が満たされなければならないかについて、独自の洞察を提供してくれるという。
出典: Sebastian Haas (シアトルのワシントン大学) 他、Communications Earth & Environmental、 doi: 10.1038/s43247-023-01192-8
