私たちの地球上で最初の生物が形成されるには、基本的な構成要素が必要でした。しかし、それらはどのようにして誕生したのでしょうか?現在、実験研究により、生体分子の前駆体が隕石や火山灰からの鉄粒子の影響によって形成された可能性があることが示されています。若い地球の考えられる大気条件下では、金属は二酸化炭素を生物学的に関連のある物質に変換する触媒として機能しました。このプロセスは、最初の生物が出現する可能性に大きく貢献した可能性があると研究者らは述べている。
これは科学における最も基本的な疑問の 1 つです。最初の細胞のような構造はどのようにして地球上に生じ、最終的に自己複製し、その後ますます複雑な形をとったのでしょうか?現在の知識によれば、生命の発生はまだ若い惑星で驚くほど早くから始まりました。その基礎となったのは、最初の生物の構成要素として機能する有機分子でした。これまでの研究では、これらの物質の前駆体は小惑星によって運ばれたか、初期の地球での特定の反応によって形成された可能性があることが示唆されています。しかし、考えられるメカニズムについてはまだ多くの未解決の疑問が残っています。
化学業界からの情報
このテーマに関する現在の研究のインスピレーションは工業化学から来たと、ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学（LMU）の上級著者オリバー・トラップ氏は報告しています。具体的には、いわゆるフィッシャー・トロプシュ過程が約44億年前の地球の二酸化炭素に富んだ大気中に存在していた可能性があるのではないかと彼は疑問に思った。このプロセスでは、金属触媒を使用して一酸化炭素と水素から炭化水素が製造されます。質問は、触媒として作用した可能性がある隕石や火山灰からの鉄粒子に向けられた。これらは特定の化学反応を促進する物質ですが、プロセスでは消費されません。
「カンポ・デル・シエロ鉄隕石の化学組成を調べたとき、それが完璧なフィッシャー・トロプシュ触媒である可能性があることに気づきました」とトラップ氏は言います。火山灰も、触媒活性金属のキャリア物質として考えられる別の物質と考えられていました。 「大気中や地球の最初の陸地には、細かい灰の粒子がたくさんあったはずです」と、共著者でハイデルベルクのマックス・プランク天文学研究所のドミトリー・セミメノフ氏は言う。この研究の筆頭著者である LMU の Sophia Peters は、その後、考えられるプロセスの実験的調査に取り組みました。エトナ山の隕石と鉄を含む火山灰のサンプルが試験材料として使用されました。試験物質を適切なサイズに粉砕し、キャリア物質としてさまざまなミネラルと混合しました。次に、それぞれの基板を、初期の地球の大気をシミュレートするために、大部分が二酸化炭素で満たされているが、一部の水素も満たされた圧力チャンバー内に配置されました。混合比、圧力、温度は実験ごとに変化させました。
有機分子の形成を触媒します
研究チームが報告しているように、反応生成物の分析研究により、隕石と灰物質からの鉄触媒のおかげで、メタノール、エタノール、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒドなどの有機化合物が大量に生成されたことが明らかになった。特に後者の 2 つの物質は、脂肪酸、核酸塩基 (遺伝学)、糖物質、アミノ酸の重要な構成要素であることが知られていると科学者らは強調しています。
これらの反応は、広範囲の圧力および温度条件下で首尾よく起こることも示された。 「初期地球の特性にはさまざまな可能性があるため、考えられるすべてのシナリオを実験的にテストしようとしました」とピーターズ氏は言います。有機分子がこれほど異なる条件下で形成されたという事実は、そのような反応が初期の地球で起こった可能性があるという強力な証拠であると科学者らは言う。
これは、とりわけ、かつては生物の創造のための基本的な物質の可能性に貢献していた可能性のある別のメカニズムが現在出現していることを意味すると研究チームは結論づけている。これまでのところ、生命の構成要素の分子の発生源として考えられるものには、海底の熱水噴出孔、大気中の放電、宇宙からの天体による有機化合物の輸送などが含まれています。研究者らによると、今後の研究では、現実的な条件下でさまざまなメカニズムのうちどの機構が最も高いビルディングブロックの収量をもたらしたのかをより詳細に調査できる可能性があるという。
出典: マックス・プランク天文学研究所、専門記事: Scientific Reports、doi: 10.1038/s41598-023-33741-8
