生命の最初の構成要素は、前生物の前駆体分子から出現しました。しかし、これらがどのようにして必要な化学反応が起こるほど蓄積するのかはまだ不明でした。研究により、可能性のある経路が示されました。したがって、必要な分子は、高温の岩石の微細な亀裂を通って流れるときに精製され、濃縮されます。研究者たちはこれを実験的に再現し、この方法で複雑な混合物から 50 以上のプレバイオティクスに関連する構成要素を実際に単離しました。このようなプロセスは、初期の地球の火山で起こった可能性があります。
約40億年前、最初の生命の構成要素が無機分子から出現しました。研究者は実験室条件下でこれらの手順を模倣することができます。タンパク質の構成要素であるアミノ酸と、DNA および RNA の構成要素であるヌクレオチドの両方を作成することはすでに可能です。しかし、多数の副産物が生成されるため、生物学的に関連する分子の濃度は、それらから生命が発生するには低すぎる。したがって、実験室では複雑な洗浄プロセスが必要でしたが、これらでは個々の種類の分子しか分離できませんでした。このようなプロセスは初期の地球では不可能だったでしょう。
自然モデルに基づいた精製
ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学のトーマス・マトリュー率いるチームは、初期の地球では潜在的に可能だった方法で、多数の異なる生体分子を同時に精製する方法を発見した。 「岩石の微細な亀裂を通る熱の流れは、複雑な混合物からプレバイオティクスに関連する50以上の構成要素を分離するために使用できる、広く利用可能でありながら選択的なメカニズムを表す可能性がある」と研究者らは報告している。
地熱系や火山の岩石内で発生する熱の流れに着想を得て、マトリュー氏と彼のチームは、幅わずか 170 マイクロメートルの微細な亀裂のネットワークが交差するプラスチック製の反応室を実験室に構築しました。研究者らは、自然界でも起こり得る摂氏40度から25度の温度勾配を作り出した。次に、多数のプレバイオティクス化学物質の混合物が亀裂を通って流れるようにしました。
地質反応室
その結果、「私たちの実験は、弱い熱流でもアミノ酸、核酸塩基、ヌクレオチドを分離し、局所的に濃縮できることを示しています」と研究チームは書いている。 「この効果は、幅広い pH 範囲およびさまざまな溶媒に対して作用します。同じ質量の物質であっても、この方法で分離することができます。分離は、異なる構成要素が異なる方法でリン酸化され、したがって温度勾配が与えられると異なる速度で狭い亀裂を通過するという事実によって引き起こされます。」この効果は熱泳動と呼ばれます。
「相互につながった亀裂からなる地質系のサイズは非常に多様で、ミリメートルから数百メートルまで及ぶことがあります」と研究者らは説明する。これは、地質学的条件に応じて、精製された化合物の適切な混合物が互いに反応できる異なる反応チャンバーを形成できる可能性をもたらします。 Matreux と彼の同僚は、タンパク質作成の出発点であるアミノ酸グリシンの 2 つの分子を結合することによってこれを実証しました。この化学反応は、熱による濃縮プロセスがなければ非常に小規模でしか起こりませんが、研究者らは地質学的にヒントを得た反応チャンバーを使用して、収量を 5 桁増加させることに成功しました。
生命の起源を探る先史時代の実験室
おそらく初期の地球には、相互につながった亀裂のネットワークが多数存在し、地熱反応によって十分な温度勾配が生じていたと考えられます。 「最終的には、多数のプレバイオティクス経路に必要な多数の連続反応条件は、外部介入なしで実現できた可能性がある」と研究者らは書いている。 「したがって、有機物の熱泳動による濃縮は、生命の出現のための自然の実験室に安定した推進力を提供した可能性があります。」
出典: Thomas Matreux (ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学) 他、Nature、 doi: 10.1038/s41586-024-07193-7
