テクノロジー「命誕生創造起源」

地球で生命が誕生できる様な環境が
約何年前にできたのか？

これをコンピューターで計算し
突き止めました

研究者が注目したのが
「RNAワールド」という
生命のかなり初期の段階です

研究チームの計算では
RNAワールドが成立するのに
最も適した時期は
約43億3000万年前だったと
推定してます

ただしこれは43億3000万年前に
生命が誕生した事が証明された
という意味ではありません

ここは非常に重要で
この論文が調べたのは主に
生命が生まれる為の温度や環境が
その頃存在できたか？
という問題です

① RNAワールド

現在の地球上の生物では
DNA → RNA → タンパク質
という仕組みが生命活動の
中心になってます

DNAは生命の
設計図の様な物です

しかし生命が誕生したばかりの時代は
現在の様な複雑な
DNA・タンパク質システムは
まだ存在しなかったと考えられてます

そこで出てくるのがRNAワールド
という考え方です

RNAは

遺伝情報を保存できる

化学反応を助ける事ができる

条件によっては自分自身の
複製に関係する働きができる

というDNAとタンパク質の
両方に少し似た性質を持ってます

そのため生命の非常に初期には
RNAを中心とした原始的な
生命システムが
存在したのではないか？
という仮説があります

② 約45億年前の地球は
　とても過酷だった

現在の地球は

液体の水がある

海がある

温度が比較的安定している

生物が暮らせる場所がたくさんある

という環境です

でも地球が出来たばかりの頃は
全く違いました

当時の地球には
小惑星・彗星・微惑星などが
大量に衝突してました

これをこの論文では後期集積
と呼んでます

簡単に言えば地球ができた後も
宇宙から大量の巨大な岩石が
地球に降ってきてたという事です

③巨大隕石が
　生命誕生を邪魔してた

巨大な天体が地球に衝突すると
もの凄い熱が発生します

場合によっては
海が蒸発する程の高温になります

論文によると月が出来た原因の
約45億1000万年前の
地球サイズ惑星衝突後は地球全体に
巨大なマグマの海が出来たと
考えられてます

その後も
直径500km以上の巨大天体などが
衝突する事で海を一時的に蒸発させ
地表温度を300℃以上にする様な
出来事が起きた可能性があります

こんな環境では
RNAや生命に必要な分子が安定して
存在するのは非常に難しい訳です

④ではいつ地球が
　生命を作れる環境になったか

これはこの論文の重要なポイントで
研究者達はコンピューターを使って
隕石衝突により地球の地下が
何℃になるのかを計算しました

地球を3次元のモデルとして作り

隕石がどこに落ちるか

どのくらいの大きさか

どのくらいの速度か

衝突によってどれくらい熱が発生するか

地下がどのくらい冷えるか

等を計算しました

なんとこれは地球全体を
対象にしたシミュレーションです

⑤約44億年前までは
　地球全体がかなり危険

計算結果では
約44億5000万年前ごろまでは
生命にとって非常に
厳しい状態だったとされてます

特に約44億7000万年前ごろには
衝突による地殻の溶解が
非常に激しくなりました

地殻の温度も非常に高くなったけど
時間が進むにつれて隕石衝突の回数が
急激に減っていき
地球は少しずつ冷えはじめました

⑥生命に使える温度の場所が
　増えていった

ここがこの論文で非常に面白い所で

地球全体が一気に
「生命に適した惑星」に
なった訳ではありません

最初は熱すぎる場所ばかりでしたが
時間が経つと地下に比較的
温度の低い場所が少しずつ
増えていきます

研究では
地下300mまでの範囲について
調べてます

約44億年前以降生命にとって
比較的穏やかな環境が
急速に増えていったと
計算されました

約43億年前には
モデル上では地下のかなり
大きな部分が穏やかな温度条件に
なってます

⑦しかも「熱い場所」が
　全部悪いわけではない

ここは少し意外で
隕石衝突によって地下が熱くなると
地下水が温められます

すると熱水場という所ができ
イメージとしては
地球の地下にできた巨大な
天然の温泉・化学工場の様な物です

水が岩石の中を通り熱と鉱物を運び
その過程で化学反応に必要な
エネルギーや物質が
集まりやすくなる可能性があります

研究者達はこの様な場所を
生命誕生の為の化学工場の様な
候補として考えてます

⑧「熱すぎる」事と
　「少し暖かい」事は違う

ここが非常に重要で
隕石が衝突すると
200℃以上になる場所もできます

しかしそのすぐ近くに
50℃以下の場所が残ってる可能性が
あります

つまり地球全体が
同じ温度だったわけではない
という事です

熱い場所と比較的冷たい場所が
モザイク状に存在してました

研究では
約44億5000万年前の時点でも
隕石衝突の影響を受けていない
地下100～300mの場所には
50℃以下の領域が存在したと
計算されてます

⑨RNAが壊れない温度も調べた

研究者達はRNAやDNAなどの分子が
どの程度の温度なら
安定してられるか
という点も計算に入れてます

特にRNAワールドについて
約60℃以下がRNAワールドを
成立させる為の
かなり慎重な目安として使いました

また

DNA：約140℃未満

RNA-DNA複合体：約60℃未満

等の基準もモデルに使用してます

ただしこれは
60℃なら生命が必ず生きられる
という意味ではありません

あくまで生命に必要な分子が
長期間壊れずに存在できる可能性を
評価するためのモデル上の基準です

⑩隕石衝突は
　生命を壊すだけではなかった

隕石衝突には悪い面の

地面を溶かす

海を蒸発させる

高温にする

生命や生命の材料を壊す

という面があります

しかし同時に良い可能性の

地下を温める

地下水を循環させる

化学反応のエネルギーを作る

鉱物を反応の材料として
利用できる環境を作る

という面もあります

つまり隕石衝突は生命を邪魔する
「破壊者」であると同時に
生命誕生に必要な化学反応を助ける
エネルギー源になった可能性もある
という事です

⑪約44億年前を境に
　地球が大きく変わった

研究結果を簡単に時間順にすると
こんな感じです

時期地球の状態約45.1億年前
月を作った地球大惑星衝突

地球は非常に高温約45～44.5億年前
巨大隕石が多数衝突

約44.7億年前衝突による
地殻の加熱・溶解が非常に激しい

約44億年前巨大衝突が
大幅に減る

約43.3億年前RNAワールドに
適した条件が特に整った時期

約43億年前熱水環境が多く存在

約42億年前ごろLUCAが
存在したと考えられる時期

約38.3億年前
既に生命圏が存在した事を示す
地球化学的証拠

この論文では
特に約43億3000万年前を
重要なポイントとして扱ってます

⑫LUCAって何？

ここでLUCAという
言葉が出てきます

これは「最後の共通祖先」と
呼ばれます

簡単に言えば
現在地球上にいる生物全てが
遠い昔に共有していた祖先です

人間も犬も魚も植物も細菌も

全ての現生生物をずっと遡ってくと
共通する祖先がいたと言う考えが
LUCAです

⑬ LUCAは「最初の生命」ではない

ここは非常に重要で
LUCA＝最初の生命ではありません

LUCAが登場するまでに
それより前の生命や生命に近い物が
長い時間をかけて進化してた
可能性があります

論文もLUCAはDNAを使う生物の
最初の存在を意味する物ではないと
注意してます

つまり
生命の誕生
↓
原始的なRNAなど
↓
RNAワールド
↓
さらに進化
↓
DNAを使う生命
↓
LUCA
↓
現在のすべての生命

という様な長い歴史があった
可能性があります

⑭RNAワールドは
　LUCAより少し前？

研究チームの計算では
RNAワールドの「最適な時期」が
約43億3000万年前

LUCAは
約40億9000万～43億3000万年前
とされてます

LUCAの推定には幅があり
研究者達はその平均的な時期を
約42億年前として
RNAワールドに適した環境ができた
約43億3000万年前からLUCA迄には
約1億3000万年程度あったとしてます

⑮「熱水地帯」が重要だった

研究では
熱水システムの数も調べてます

結果として約43億年前ごろに
熱水環境が非常に多く存在したと
計算されました

その後地球内部が冷えていくにつれ
熱水システムも減ってきます

つまり約43億年前の地球には
生命誕生に使える可能性のある
温かくて化学反応が
起こりやすい場所が
たくさん存在したという事です

⑯では生命ができた後に
　隕石で全部消えなかったの？

研究者たちは
この問題も調べてます

約45～44.8億年前ごろは
海を完全に蒸発させる程の巨大衝突が
かなり頻繁に起きる可能性が
ありました

しかし約44億年前を過ぎると
そのような巨大衝突は急激に
減少しました

約44億年前以降は
研究モデルで海を完全に
蒸発させるような衝突は
1000万年あたり0～1回程度
という非常に低い頻度になってます

そのため生命が長期間生き残り
進化できる環境が
徐々にできていったと
研究者達は考えてます

⑰生命が生まれる為には
　「温度」だけではない

ここもこの論文を読むうえで
大切です

この研究は生命の誕生そのものを
再現した研究ではありません

主に温度・熱・隕石衝突・地下環境を
計算してます

生命が実際に誕生する為には

水

炭素

窒素

リン

水素

有機物

エネルギー

鉱物

化学反応

等様々な条件が必要です

しかも「温度が丁度よかった」＝
「必ず生命が生まれる」
ではありません

研究者自身もRNAがどの様な
化学反応を経て
生まれたのかについては
まだ大きな不確実性があるとしてます

⑱ RNAだけが最初だったとは
　限らない

現在「RNAワールド」という
考え方だけでなく
「RNA＋ペプチド」の様な
世界だった可能性も研究されてます

つまりRNAだけが
最初に存在したではなく
RNAと小さなタンパク質の様な
分子が一緒に進化した可能性も
あります

論文でもこの様な
「RNAペプチド世界」
という別の考え方を紹介してます

⑲ この研究には限界もある

この研究は
「43億3000万年前に生命が誕生した」
と証明した訳ではありません

あくまで地球の熱環境を
コンピューターで再現した結果
RNAワールドが成立するのに
適した条件が最も整っていた時期が
約43億3000万年前だった
という研究です

更にモデルでは
隕石衝突による熱水循環を
完全にシミュレーションしている
わけではありません

熱水システムについては
主に温度と地熱勾配から
「こういう場所があり得る」と
推定してます

また隕石が地球に落ちた時の
熱い岩石の破片や蒸発した岩石が
遠くまで降り注ぐ影響なども
モデルに完全には入ってません

⑳それでも研究者が
　「4.33 Ga」に注目した理由

いろいろな条件を合わせると

約44億年前
↓
巨大衝突が減る

約43億年前
↓
地下に比較的安定した場所が増える
↓
熱水環境が多く存在
↓
化学反応に利用できる
エネルギーがある
↓
RNAなどの分子が安定して
存在できる場所が増える

約43億3000万年前
↓
RNAワールドにとって最も
条件が良かった
「スイートスポット」が完成

という結果になりました